EP1129661B1 - Device for processing body signals - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verarbeitung von Körpersignalen, welche einen Sensor zur Aufnahme von insbesondere elektrischen Signalen eines lebenden Körpers umfaßt, sowie Mittel zur Aufbereitung aufgenommener Signale für die weitere Verarbeitung und wenigstens einen ersten Speicher für ein aufgenommenes Meßsignal oder Signalabschnitte davon.The invention relates to a device for processing body signals, which a sensor for receiving in particular electrical signals of a living Body comprises, and means for processing recorded signals for the further processing and at least a first memory for a recorded Measuring signal or signal sections thereof.

Es ist häufig ein Anliegen in beispielsweise elektrisch aufgenommenen Signalen bestimmte Merkmale zu erkennen. Zum Beispiel kann es interessant sein in einem Elektrokardiogramm T-Wellen oder QRS-Komplexe zu erkennen und den Zeitpunkt ihres Auftretens möglichst genau zu bestimmen. Zur Analyse solcher Signale ist es wünschenswert bestimmte Ereignisse oder Signalmerkmale in zeitlicher Hinsicht zu lokalisieren. It is often a concern in, for example, electrically recorded signals to recognize certain characteristics. For example, it can be interesting in one Electrocardiogram to detect T-waves or QRS complexes and the timing their occurrence as accurately as possible. It is for analyzing such signals desirable to certain events or signal characteristics in terms of time locate.

Vor diesem Hintergrund betrifft die vorliegende Erfindung insbesondere die Aufnahme intrakardial aufgenommener Signale insbesondere in einem implantierten Gerät. Aus Gründen des Energiebedarfes und des begrenzten Raumes stehen in einem implantierten Gerät nur begrenzte Ressourcen für die Signalverarbeitung und -analyse zur Verfügung.Against this background, the present invention relates in particular to the recording intracardiac recorded signals, especially in an implanted Device. For reasons of the energy demand and the limited space are in An implanted device has limited signal processing resources and resources analysis available.

Es sind bereits verschiedene Vorrichtungen und Verfahren zur Merkmalserkennung von Herzsignalen und zur Signalanalyse bekannt. In dem Europäischen Patent 0 487 429 ist beispielsweise eine Vorrichtung offenbart, in der eine Folge von Werten solcher Parameter gespeichert wird, die einem aktiven Herzzyklus entsprechen. Die Vorrichtung umfaßt Vergleichseinrichtungen, um die gespeicherten Parameterwerte des aktiven Herzzyklusses mit zuvor gespeicherten Informationen über diese Werte zu vergleichen und im Falle eines positiven Vergleichsergebnisses ein Signal auszulösen. Auch die nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldungen 199 38 376 und 199 63 246 betreffen jeweils Vorrichtungen, in denen ein gemessenes Herzsignal mit zuvor gebildeten und abgespeicherten Vergleichssignalen verglichen wird, um im Falle der DE 199 38 376 Fusionsereignisse bei der Elektrostimulation des Herzens zu erkennen und im Falle der DE 199 63 246 die Kreislaufwirkung von Extrasystolen.There are already various devices and methods for feature recognition of cardiac signals and for signal analysis. In the European patent 0 487 429, for example, a device is disclosed in which a sequence of Values of those parameters corresponding to an active cardiac cycle. The apparatus includes comparison means for storing the stored ones Parameter values of the active cardiac cycle with previously stored information to compare over these values and in case of a positive comparison result to trigger a signal. Even the not previously published German patent applications 199 38 376 and 199 63 246 respectively relate to devices in where a measured heart signal with previously formed and stored Comparative signals is compared to in the case of DE 199 38 376 fusion events in electrostimulation of the heart and in the case of DE 199 63 246 the circulatory effect of extrasystoles.

Aus dem US-Patent 5,439,483 ist darüber hinaus die Anwendung einer Wavelet-Transformation zur Klassifizierung von Tachykardien bekannt. In der US 5,778,881 wird eine Wavelet-Transformation zusätzlich mit einer Hidden-Markov-Modellierung kombiniert um P-R-Wellen jeweils als Markov-Zustände mit einer verringerten Anzahl von Wavelet-Koeffizienten detektieren zu können. Weiter wird dort vorgeschlagen, einen für das jeweilige Ergebnis typischen Satz von Wavelet-Koeffizienten bei schnellen Änderungen der Signal-Morphologie automatisch zu aktualisieren, um die Analyse von kurzfristigen Schwankungen der physiologischen Signale beispielsweise aufgrund körperlicher Belastung unabhängig zu machen.In addition, U.S. Patent 5,439,483 teaches the use of a wavelet transform known for the classification of tachycardia. In US 5,778,881 is a wavelet transformation in addition to a hidden Markov modeling combined around P-R waves each as Markov states with a reduced Number of wavelet coefficients to be detected. Next is suggested there a typical set of wavelet coefficients for each result to automatically update for rapid changes in signal morphology, to the analysis of short-term fluctuations of the physiological To make signals independent, for example due to physical stress.

Die deutsche Patentschrift DE 19752094 Cl beschreibt eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The German patent DE 19752094 Cl describes a device according to the preamble of claim 1.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, in physiologischen Signalen wie intrakardialen Elektrokardiogrammen (EKG) und intrakardialen dynamischen Impedanzverläufen (IDZ) das Auftreten bestimmter Merkmale und deren Zeitpunkt, im folgenden auch zeitliche Lokation genannt, auf effiziente Weise zu bestimmen. Dies soll möglichst zuverlässig auch in Gegenwart von Rauschen und Störsignalen erfolgen. Die Genauigkeit der zeitlichen Lokation eines Merkmals soll der Sampling- oder Abtastrate, das heißt dem Zeitraster entsprechen, mit dem die physiologischen Signale aufgenommen werden. Die Merkmalserkennung soll auch bei Veränderung der Signal-Morphologie funktionieren.The aim of the present invention is in physiological signals such as intracardiac Electrocardiograms (ECG) and intracardiac dynamic impedance curves (IDZ) the occurrence of certain characteristics and their timing, in the following also called temporal location, to determine in an efficient way. This should as reliably as possible in the presence of noise and interference. The accuracy of the temporal location of a feature should be the sampling or Sampling rate, that is to say, corresponds to the time frame with which the physiological Signals are recorded. The feature recognition should also change the signal morphology work.

Weitere Ziele der Erfindung umfassen verbesserte Merkmalsanalysefunktionen.Other objects of the invention include improved feature analysis functions.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, gegenüber dem Stand der Technik zumindest in Einzelbereichen eine bessere oder effizientere Signalanalyse zu ermöglichen und damit die vorgenannten Ziele weitestgehend zu erreichen.The present invention is therefore based on the object, compared to The prior art, at least in individual areas a better or more efficient Signal analysis to allow and thus the aforementioned objectives as much as possible to reach.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art erreicht, die mindestens einen zweiten Speicher umfaßt, welcher ein vorgebbares, zeitlich endliches Vergleichssignal enthält sowie Signalvergleichsmittel, die mit dem zweiten und dem ersten Speicher verbunden und zum gleitenden Vergleichen sich zeitlich überlappender Signalabschnitte des Meßsignals im ersten Speicher mit dem in dem zweiten Speicher gespeicherten Vergleichsignals und zur Ausgabe eines die Ähnlichkeit eines jedes verglichenen Signalabschnittes des Meßsignals mit dem Vergleichssignal repräsentierenden Korrelationskoeffizienten ausgebildet sind. Hierbei ist das Integral des Vergleichssignals über die Zeit oder dessen Summe zeitlich diskreter Signalwerte Null. Dadurch wird das von den Korrelationskoeefizienten gebildete Korrelationssignal ein Signal, daß einen Mittelwert von etwa Null besitzt. Dies vereinfacht die nachfolgende Signalanalyse sehr. According to the invention this object is achieved by a device of the aforementioned Art achieved, which includes at least a second memory, which a predeterminable, time-finite comparison signal contains and signal comparison means, which connected to the second and the first memory and to the sliding Compare temporally overlapping signal portions of the measuring signal in first memory having the comparison signal stored in the second memory and outputting a similarity of each compared signal portion the correlation signal representing the measurement signal with the comparison signal are formed. Here is the integral of the comparison signal over time or its sum in time discrete signal values zero. This will do that by the correlation coefficients formed correlation signal is a signal that has an average of has about zero. This greatly simplifies the subsequent signal analysis.

Das Meßsignal ist hierbei vorzugsweise ein intrakardiales Elektrogramm (EKG) oder ein intrakardial aufgenommener dynamischer Impedanzverlauf (IDZ). Werden diese Signale nicht kontinuierlich aufgenommen, sondern mit einer Abtastrate zeitlich diskret, befindet sich im ersten Speicher eine Folge zeitlich diskreter Meßwerte, die das Meßsignal repräsentieren. Auch das Vegleichssignal wird im zweiten Speicher als endliche Folge zeitlich diskreter Werte abgelegt. In diesem Falle ist statt des Integrals des Vergleichssignals über die Zeit vorzugsweise dessen Summe aller diskreten Signalwerte Null. Dies entspricht den Anforderungen, die an Wavelets gestellt werden. Daher kann das Vergleichssignal auch als Vergleichswavelet bezeichnet werden.The measurement signal here is preferably an intracardiac electrogram (ECG) or an intracardiac recorded dynamic impedance curve (IDZ). Be this Signals are not recorded continuously, but with a sampling rate in time discrete, is located in the first memory a series of temporally discrete measured values, the represent the measurement signal. Also, the comparison signal is in the second memory stored as a finite sequence of temporally discrete values. In this case, instead of the Integrals of the comparison signal over time, preferably the sum of all discrete signal values zero. This meets the requirements of wavelets be put. Therefore, the comparison signal can also be used as a comparison wavelet be designated.

Ein entscheidender Unterschied zur Wavelettransformation besteht darin, daß die Vorrichtung nicht wie die Wavelettransformation ein zweidimensionales Ergebnis liefert, da das Vergleichsmuster nicht für die Untersuchung jedes Meßsignalschrittes über einen bestimmten Frequenzbereich zeitlich skaliert wird. Hierdurch wird der erforderliche Rechenaufwand entscheidend verringertA decisive difference to the wavelet transformation is that the Device does not like the wavelet transform a two-dimensional result supplies, since the comparison pattern is not for the investigation of each Meßsignalschrittes is scaled over a certain frequency range over time. This will the required computational effort significantly reduced

Die zeitliche Auflösung des Meßsignals im ersten Speicher ist vorzugsweise dieselbe wie diejenige des Vergleichssignals im zweiten Speicher. Jeder mit dem Vergleichssignal zu vergleichende Signalabschnitt des Meßsignals entspricht dann hinsichtlich der Zeitdauer und der Anzahl der diskreten Meßwerte dem Vergleichssignal. Die durch den Vergleich der Signale gebildeten Korrelationskoeffizienten bilden ebenfalls eine Folge zeitlich diskreter Werte, die jeweils die Ähnlichkeit genau eines Signalabschnittes im ersten Speicher mit dem Vergleichssignal repräsentieren. Die entsprechenden Signalabschnitte des im ersten Speicher abgelegten Meßsignals überlappen sich dabei vorzugsweise derart, daß sie nur um einen der zeitlichen Auflösung des Meßsignals entsprechenden diskreten Zeitschritt gegeneinander verschoben sind. Durch diesen gleitenden Vergleich wird ein zeitlich diskretes Korrelationssignal erzeugt, welches von den zeitlich aufeinanderfolgenden Korrelationskoeffizienten als Ergebnis des Vergleichs der Signale gebildet wird. Die zeitliche Auflösung des Korrelationssignals ist dann die gleiche wie die des Meßsignals und des Vergleichssignals. Das Korrelationssignal kann aber auch mit niedrigerer zeitlicher Auflösung gebildet werden, wenn der Vergleich nur für jeden zweiten, dritten oder n-Zeitschritt durchgeführt wird. Die für den Vergleich mit dem Vergleichssignal herangezogenen Signalabschnitte des Meßsignals sind dann von Vergleich zu Vergleich um jeweils zwei, drei oder n Zeitschritte gegeneinander verschoben. In der Praxis wird es häufig jedoch von Vorteil sein, das Meß- und das Vergleichssignal mit einer entsprechend niedrigeren, das Zeitraster definierenden Samplingrate aufzunehmen, sofern die niedrigere zeitliche Signalauflösung noch eine sichere Merkmalserkennung und einen zuverlässigen Signalvergleich zuläßt.The temporal resolution of the measurement signal in the first memory is preferably the same like that of the comparison signal in the second memory. Everyone with the comparison signal to be compared signal portion of the measuring signal then corresponds in terms of the time duration and the number of discrete measured values the comparison signal. The correlation coefficients formed by comparing the signals also form a sequence of temporally discrete values, each the similarity represent exactly one signal section in the first memory with the comparison signal. The corresponding signal sections of the stored in the first memory Measuring signals overlap preferably such that they only one the time resolution of the measurement signal corresponding discrete time step are shifted against each other. Through this sliding comparison, a temporal generates discrete correlation signal, which of the temporally successive Correlation coefficient is formed as a result of the comparison of the signals. The temporal resolution of the correlation signal is then the same as that of the measurement signal and the comparison signal. The correlation signal can also be lower temporal resolution are formed when the comparison only for each second, third or n-time step is performed. The for comparison with the Comparison signal used signal sections of the measuring signal are then from Comparison to comparison by two, three or n time steps against each other postponed. In practice, however, it will often be advantageous to measure and measure Comparison signal with a correspondingly lower, the time grid defining Sampling rate, if the lower temporal signal resolution yet a secure feature recognition and a reliable signal comparison allows.

Wesentliches Merkmal der Vorrichtung ist der zweite Speicher, der das Vergleichssignal enthält, welches sich je nach zu detektierendem Signalmerkmal vorgeben läßt und insbesondere zur Anpassung an eine sich verändernde Signal-Morphologie durch die Vorrichtung selbst veränderbar ist.An essential feature of the device is the second memory, the comparison signal contains, which pretend depending on the signal feature to be detected and in particular to adapt to a changing signal morphology is changeable by the device itself.

Bevorzugt ist eine Vorrichtung, bei der die Signalvergleichsmittel mit einem Logarithmenspeicher verbunden sind, der Tabellen von Logarithmen für Werte des Meßund des Vergleichssignals enthält, wobei die Signalvergleichsmittel zum Bilden der Korrelationskoeffizienten derart ausgebildet sind, daß sie eine Multiplikation eines Wertes des Vergleichssignals aus dem zweiten Speicher mit dem entsprechenden Wert des ersten Meßsignals aus dem ersten Speicher derart durchführen, daß zunächst aus dem Logarithmenspeicher die Logarithmen der zu multiplizierenden Werte selbst oder der ihnen jeweils nächstkommenden Werte ausgelesen werden und anschließend die beiden Logarithmen addiert werden.Preferred is a device in which the signal comparison means with a logarithm memory which tables of logarithms for values of the Meßund of the comparison signal, wherein the signal comparison means for forming the Correlation coefficients are designed such that they multiply a Value of the comparison signal from the second memory with the corresponding Perform value of the first measurement signal from the first memory such that first of all from the logarithm store the logarithms of the to be multiplied Values themselves or the values closest to them in each case are read out and then the two logarithms are added.

Eine derartige durch die Verwendung von Logarithmentafeln oder Rechenschiebern an sich bekannte Vorgehensweise zur Multiplikation zweier Werte kann auf effiziente, speichersparende Weise durchgeführt werden.Such through the use of logarithmic tables or slide rules a procedure known per se for multiplying two values can be based on efficient, memory-saving manner are performed.

Eine bevorzugte Vorrichtung weist weiterhin Detektionsmittel auf, die mit den Signalvergleichsmitteln verbunden und zum Detektieren von Maximalwerten und/oder Nulldurchgängen eines von den Korrelationskoeffizienten gebildeten Signals ausgebildet sind.A preferred device further comprises detection means associated with the Signal comparison means connected and for detecting maximum values and / or zero crossings of one of the correlation coefficients Signals are formed.

Vorzugsweise weist die Vorrichtung weiterhin Schwellwertvergleichsmittel auf, die mit den Signalvergleichsmitteln und einem, einen Schwellwert enthaltenen Schwellwertspeicher verbunden und zur Ausgabe eines Erkennungsignals ausgebildet sind, sobald der von den Signalvergleichsmitteln ausgegebene Korrelationskoeffizient den Schwellwert überschreitet. Dabei ist die Vorrichtung vorzugsweise so ausgebildet, daß die Schwellwertvergleichsmittel so ausgebildet sind, daß sie ein Erkennungssignal ausgeben, wenn ein Korrelationskoeffizient für einen ersten Signalabschnitt aus dem ersten Speicher den Schwellwert überschreitet und für einen zweiten, zeitlich nach dem ersten Signalabschnitt aufgenommenen Signalabschnitt den Wert Null erreicht oder unterschreitet. Zusätzlich sind vorzugsweise Lokationsmittel vorgesehen, die mit den Schwellwertvergleichsmitteln und den Detektionsmitteln verbunden und so ausgebildet sind, daß sie demjenigen Signalabschnitt des Meßsignales in dem ersten Speicher ein Lokationssignal zuordnen, für den das von den Korrelationskoeffizienten gebildete Signal ein Maximum innerhalb desjenigen Ausschnitts des von den Korrelationskoeffizienten gebildeten Signals besitzt, für das die Schwellwertvergleichsmittel ein Erkennungssignal ausgeben.Preferably, the device further comprises threshold comparison means which with the signal comparison means and a threshold value memory containing a threshold value connected and designed to output a detection signal, as soon as the correlation coefficient output by the signal comparators is Threshold exceeds. In this case, the device is preferably designed such that in that the threshold comparison means are designed to generate a detection signal output when a correlation coefficient for a first signal section from the first memory exceeds the threshold and for a second, temporally after the first signal section recorded signal section the value Zero reaches or falls below zero. In addition, location means are preferably provided, those with the threshold comparison means and the detection means are connected and adapted to that signal portion of the measuring signal assign a location signal in the first memory for which the one of the Correlation coefficients formed signal a maximum within that section of the signal formed by the correlation coefficients, for the the threshold comparison means output a detection signal.

Da jeder Korrelationskoeffizient der Folge von Korrelationskoeffizienten genau einem Signalabschnitt des im ersten Speicher abgelegten Meßsignals zugeordnet ist, kann durch Bestimmung der entprechenden Maxima der Folge der Korrelationskoeffizienten genau die zeitliche Lokation, also der Ort eines Merkmales in dem untersuchten Signal und damit der Zeitpunkt des Auftretens eines Merkmals, bestimmt werden.Since every correlation coefficient of the sequence of correlation coefficients is accurate a signal portion of the stored in the first memory measurement signal assigned by determining the corresponding maxima of the sequence of correlation coefficients exactly the time location, ie the location of a feature in the investigated signal and thus the time of occurrence of a feature, be determined.

Die Vorrichtung weist weiterhin vorzugsweise Schwellwertbildungsmittel auf, die mit dem Schwellwertspeicher und den Lokationsmitteln verbunden und so ausgebildet sind, daß sie einen neuen Schwellwert nach Auftreten eines Lokationssignals derart bilden, daß der dem Lokationssignal zugeordnete Korrelationskoeffizient gewichtet in die Bildung des neuen Schwellwertes eingeht. Dies erlaubt eine ständige Anpassung des Schwellwertes an den tatsächlichen Verlauf den Meßsignals und an Veränderungen von dessen Morphologie.The apparatus preferably further comprises threshold value forming means which connected to the threshold memory and the Lokationsmitteln and trained they are a new threshold after the occurrence of a location signal form such that the correlation signal associated with the location signal weighted into the formation of the new threshold. This allows one constant adaptation of the threshold value to the actual course of the measuring signal and changes in its morphology.

Ebenfalls bevorzugt ist eine Vorrichtung, die Vergleichssignalbildungsmittel zum Bilden eines neuen Vergleichssignals aufweist, welche mit dem zweiten Speicher verbunden und so ausgebildet sind, daß ein gemessener Signalabschnitt, der einem zu detektierenden Signalmerkmal entspricht, derart zu dem Vergleichssignal transformiert wird, daß sein Integral über die Zeit oder die Summe der zeitdiskreten Signalwerte Null ist, und das so gebildete Vergleichssignal in den zweiten Speicher übertragen wird. Die Vergleichssignalbildungsmittel erlauben somit eine automatische Bildung eines geeigneten Vergleichssignals.Also preferred is an apparatus that includes comparison signal generating means for Forming a new comparison signal, which with the second memory connected and formed so that a measured signal portion, the one corresponds to detected signal feature, so transformed to the comparison signal is that its integral over the time or the sum of discrete time Signal values is zero, and the comparison signal thus formed in the second memory is transmitted. The comparison signal forming means thus allow automatic Formation of a suitable comparison signal.

Auch ist eine Vorrichtung bevorzugt, welche Vergleichssignalanpassungsmittel zum Anpassen des Vergleichssignals umfaßt, die mit dem ersten Speicher, dem zweiten Speicher und den Lokationsmitteln verbunden und so ausgebildet sind, daß sie ein neues, angepaßtes Vergleichssignal bilden, wenn die Lokationsmittel ein Lokationssignal ausgeben, wobei das angepaßte Vergleichssignal unter Verwendung desjenigen Meßsignalabschnittes aus dem ersten Speicher gebildet wird, dem das Lokationssignal zugeordnet ist. Dies erlaubt eine ständige Anpassung des Vergleichssignals an die tatsächliche Morphologie des Meßsignals, mit der Folge, daß sich Charakteristika des Meßsignals in dem Vergleichssignal widerspiegeln, so daß zur Analyse des Meßsignals anstelle des Meßsignals auch das Vergleichssignal analysiert werden kann. Außerdem erlaubt diese Anpassung des Vergleichssignals eine sichere, zuverlässige und zeitgenaue Merkmalsdetektion.Also, a device is preferred, which comparison signal adapting means for Matching the comparison signal, which with the first memory, the second Memory and the Lokationsmitteln connected and designed so that they a form a new, matched comparison signal when the location means a location signal output, the matched comparison signal using of that Meßsignalabschnittes is formed from the first memory, which the Location signal is assigned. This allows a constant adaptation of the comparison signal to the actual morphology of the measuring signal, with the result that Characteristics of the measuring signal are reflected in the comparison signal, so that for the analysis of the measuring signal instead of the measuring signal and the comparison signal can be analyzed. In addition, this adaptation of the comparison signal allows a safe, reliable and timely feature detection.

Die Vorrichtung zeichnet sich dabei vorzugsweise durch derart ausgebildete Vergleichssignalanpassungsmittel aus, daß das vor dem Anpassen gültige Vergleichssignal zur Bildung des nach dem Anpassen gültigen Vergleichssignals mit einem Gewichtungsfaktor 1-α multipliziert in das neuzubildende Vergleichssignal eingeht, während derjenige Signalabschnitt im ersten Speicher, dem das die Anpassung des Vergleichsignals auslösende Lokationssignal zugeordnet ist, mit einem Gewichtungsfaktor α in das nach dem Anpassen gültige Vergleichssignal eingeht, α ist dabei ein Wert zwischen 0 und 1. Das neue Vergleichssignal entspricht dann der Summe der beiden gewichteten Signale, die in die Bildung des neuen Vergleichssignals eingegangen sind.The device is preferably characterized by comparison signal adaptation means designed in this way from that before the adjustment valid comparison signal for forming the valid after adjusting comparison signal with a Weighting factor 1-α multiplied into the new signal to be formed, during that signal section in the first memory, which is the adaptation of the Associated with the comparison signal triggering location signal, with a weighting factor α is received in the valid after the adjustment comparison signal, α is a value between 0 and 1. The new comparison signal then corresponds to the Sum of the two weighted signals used in the formation of the new comparison signal have been received.

Außerdem sind die Vergleichssignalbildungsmittel und/oder die Vergleichssignalanpassungsmittel vorzugsweise derart ausgebildet, daß das gebildete bzw. das angepaßte Vergleichssignal derart normiert ist, daß dessen Amplitude der maximalen Amplitude des Meßsignals entspricht. Auf diese Weise werden unerwünschte Effekte infolge der Signalmultiplikation bei der Bildung der Korrelationskoeffizienten vermieden, die die Skala für den Schwellwert quadratisch verzerren würden.In addition, the comparison signal forming means and / or the comparison signal adjusting means Preferably designed such that the formed or the adapted comparison signal is normalized such that its amplitude of the maximum Amplitude of the measured signal corresponds. This way, you become unwanted Effects due to signal multiplication at the formation of correlation coefficients avoided, which would distort the scale for the threshold square.

Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine Datenbank auf, welche mehrere Vergleichssignale enthält und derart mit dem zweiten Speicher verbunden ist, daß Vergleichssignale von der Datenbank in den zweiten Speicher und umgekehrt übertragbar sind. Auf diese Weise kann die Vorrichtung mit verschiedenen Vergleichssignalen zur Detektion verschiedener Signalmerkmale operieren.The device preferably has a database which has a plurality of comparison signals contains and is connected to the second memory such that Comparison signals from the database to the second memory and vice versa are transferable. In this way, the device can with different comparison signals operate to detect various signal characteristics.

Außerdem weist die Vorrichtung vorzugsweise Analysemittel auf, die zur Analyse der kennzeichnenden Eigenschaften des vorzugsweise angepaßten Vergleichssignals ausgebildet sind. Derartige Analysemittel erlauben die Analyse des Meßsignals indirekt durch Auswertung des an das Meßsignal angepaßten Vergleichssignals.In addition, the device preferably has analysis means for analysis the characterizing properties of the preferably matched comparison signal are formed. Such analysis means allow the analysis of the measurement signal indirectly by evaluating the matched to the measurement signal comparison signal.

In einer bevorzugten Variante umfaßt die Vorrichtung Mittel zum Aufnehmen zweier Herzsignale, von denen eins dem linken und das andere dem rechten Ventrikel bzw. Atrium zugeordnet ist, sowie mit diesem Mittel verbundene Mittel zum Bilden eines bimodalen Signals aus den zwei Herzsignalen, dergestalt, daß das bimodale Signal ein Merkmal des ersten Signals vor seiner Überleitung in das jeweils andere Ventrikel oder Atrium und das entsprechende Merkmal nach seiner Überleitung enthält, so daß das Merkmal in einem der Überleitungszeit entsprechenden zeitlichen Abstand einmal in seiner Form vor und einmal in seiner Form nach der Überleitung in dem bimodalen Signal enthalten ist. Außerdem enthält der zweite Speicher dieser Vorrichtung ein bimodales Vergleichssignal, welches an das bimodale Signal anpaßbar ist, so daß nach Anpassung des bimodalen Vergleichssignals an das bimodale Signal die Überleitungszeit durch eine Analyse des Vergleichssignals bestimmbar ist. Diese erlaubt im Kontext der beschriebenen Vorrichtung eine sehr genaue Bestimmung der Überleitungszeit zwischen zwei Herzkammern.In a preferred variant, the device comprises means for receiving two heart signals, one of which is the left and the other the right Associated with the ventricle or atrium, as well as means associated with this agent for forming a bimodal signal from the two cardiac signals, such that the bimodal signal a feature of the first signal before its transition into the each other ventricle or atrium and the corresponding feature after his Transition contains, so that the feature in one of the transfer time corresponding temporal distance once in its form before and once in its form after the transfer is contained in the bimodal signal. In addition, the contains second memory of this device, a bimodal comparison signal, which to the bimodal signal is adaptable, so that after adaptation of the bimodal comparison signal to the bimodal signal, the transition time through an analysis of the comparison signal is determinable. This allows in the context of the device described a very accurate determination of the transfer time between two cardiac chambers.

Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Figuren näher erläutert werden. Von den Figuren zeigt:

Fig. 1

ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2

ein Vergleichssignal in Form eines Wavelets vom Typ "Mexikanerhut";

Fig. 3

ein Vergleichssignal in Form eines asymmetrischen Wavelets;

Fig. 4

ein Flußdiagramm eines Detektions-/Lokationsalgorithmusses;

Fig. 5

ein Vergleichssignal mit bimodaler Struktur;

Fig. 6a-d

das Ergebnis der Simulation eines Detektors für eine evozierte Herzreaktion.

The invention will now be explained in more detail using an exemplary embodiment with the aid of the figures. From the figures shows:

Fig. 1

a block diagram of a device according to the invention;

Fig. 2

a comparison signal in the form of a wavelet of the type "Mexican Hat";

Fig. 3

a comparison signal in the form of an asymmetric wavelet;

Fig. 4

a flowchart of a detection / location algorithm;

Fig. 5

a comparison signal with bimodal structure;

Fig. 6a-d

the result of the simulation of an evoked cardiac response detector.

Dem Blockdiagramm in Figur 1 sind zwei Signalaufnehmer 10 und 12 zu entnehmen, die jeweils in der linken und rechten Kammer eines Herzens 14 plaziert sind. Mit den Signalaufnehmern 10 und 12 sind jeweils ein Meßverstärker 16 und 18 verbunden. Über diese gelangt das von den Meßwertaufnehmern 10 und 12 aufgenommene Signal in eine Meßsignalaufbereitungseinheit 20, die mit einem ersten Speicher 22 für das Meßsignal verbunden ist und in diesen wahlweise eine zeitlich diskrete Folge von Meßwerten hineinschreibt, die entweder das aus der linken oder aus der rechten Herzkammer stammende Meßsignal oder ein aus beiden zusammengesetztes bimodales Meßsignal repräsentieren. Der erste Speicher 22 ist mit einem Korrelationssignalbildner 24 verbunden, der seinerseits außerdem mit einem zweiten Speicher 26 für ein Vergleichssignal und einem Logarithmenspeicher 28 verbunden ist. Der Korrelationssignalbildner 24 bildet auf weiter hinten beschriebene Weise ein zeitlich diskretes Korrelationssignal und gibt dieses an einen Detektor 30, eine Erkennungseinheit 32 und einen Schwellwertbildner 34 weiter. Der Detektor 30 ist zum Detektieren lokaler Maxima und der Nulldurchgänge des Korrelationssignals ausgebildet, während die Erkennungseinheit 32 ein Signal ausgibt, sobald das Korrelationssignal einen größeren Wert annimmt, als in einem Schwellwertspeicher 36 abgelegt ist, der mit der Erkennungseinheit 32 verbunden ist. Der Schwellwertspeicher 36 ist außerdem mit dem Schwellwertbildner 34 verbunden. Der Schwellwertbildner 34 enthält einen Speicher für den zuvor beschriebenen Gewichtungsfaktor αThe block diagram in FIG. 1 shows two signal pickups 10 and 12, each placed in the left and right chambers of a heart 14. With the signal pickups 10 and 12 are each a sense amplifier 16 and 18th connected. About this passes from the transducers 10 and 12th recorded signal in a Meßsignalaufbereitungseinheit 20, which with a first memory 22 is connected to the measuring signal and in this optionally a time-discrete sequence of measured values, either from the left or from the right ventricle derived measurement signal or one of both represent composite bimodal measurement signal. The first memory 22 is connected to a correlation signal generator 24, which in turn also with a second memory 26 for a comparison signal and a logarithm memory 28 is connected. The correlation signal generator 24 forms to be described later Make a time discrete correlation signal and give this to a Detector 30, a detection unit 32 and a Schwellwertbildner 34 on. The detector 30 is for detecting local maxima and zero crossings of the Correlation signal formed while the detection unit 32 is a signal outputs as soon as the correlation signal assumes a greater value than in one Threshold memory 36 is stored, which is connected to the detection unit 32 is. The threshold memory 36 is also connected to the threshold value generator 34 connected. The threshold generator 34 contains a memory for the previously described Weighting factor α

Der Detektor 30 und die Erkennungseinheit 32 sind ausgangsseitig jeweils mit einem Lokationsdetektor 38 verbunden, der in zuvor beschriebener Weise ein Lokationssignal ausgibt, wenn das Korrelationssignal ein lokales, über dem Schwellwert liegendes Maximum gefolgt von einem Nulldurchgang aufweist. Das Lokationssignal ist einem definierten Abschnitt des Meßsignals in dem ersten Speicher 22 genau zugeordnet. Der Lokationsdetektor 38 ist ausgangsseitig sowohl mit dem Schwellwertbildner 34 als auch mit einem Vergleichssignalbildner 40 verbunden. Der Vergleichssignalbildner 40 enthält einen Speicher für die Werte der weiter hinten beschriebenen Parameter β und γ für die Vergleichssignalanpassung.The detector 30 and the detection unit 32 are on the output side each with a location detector 38 connected in the manner described above Location signal outputs when the correlation signal is a local, above the Threshold lying maximum followed by a zero crossing. The Location signal is a defined portion of the measurement signal in the first Memory 22 assigned exactly. The location detector 38 is both on the output side with the threshold value generator 34 as well as with a comparison signal generator 40 connected. The comparison signal generator 40 contains a memory for the values of described later parameters β and γ for the comparison signal adjustment.

Auf ein Lokationssignal des Lokationsdetektors 38 hin bildet der Schwellwertbildner auf die andernorts beschriebene Weise aus dem dem Lokationssignal zugeordneten Wert des Korrelationssignals und dem Schwellwertspeicher 36 abgelegten Schwellwerte einen neuen Schwellwert und legt diesen anstelle des alten in dem Schwellwertspeicher 36 ab.The threshold value generator forms on a location signal of the location detector 38 in the manner described elsewhere from the location signal assigned Value of the correlation signal and the threshold memory 36 stored Thresholds a new threshold and sets this instead of the old one in the Threshold memory 36 from.

In ähnlicher Weise löst das Lokationssignal des Lokationsdetektors 38 die Bildung eines neuen Vergleichssignals in dem Vergleichssignalbildner 40 aus. Der Vergleichssignalbildner 40 bildet das neue Vergleichssignal, in das das alte Vergleichssignal und derjenige Meßsignalabschnitt, der dem Lokationssignal zugeordnet ist, jeweils gewichtet eingehen. Anschließend wird das alte Vergleichssignal durch das neue in dem zweiten Speicher 26 ersetzt. Der zweite Speicher 26 ist außerdem mit einer Datenbank 42 verbunden, die verschiedene Vergleichssignale für verschiedene zu detektierende Merkmale des Meßsignales enthält.Similarly, the location signal of the location detector 38 triggers the formation of a new comparison signal in the comparison signal generator 40. The comparison signal generator 40 forms the new comparison signal into which the old comparison signal and that measuring signal section associated with the location signal, each weighted received. Subsequently, the old comparison signal by the new ones in the second memory 26 are replaced. The second memory 26 is also with a database 42, the different comparison signals for different contains to be detected features of the measuring signal.

Die beschriebenen Bestandteile der Vorrichtung können zumindest teilweise durch Softwaremodule und einen Mikroprozessor realisiert sein.
In der Vorrichtung kommen Korrelationsmethoden zur Anwendung, welche teilweise an Anwendungen der Wavelettransformation erinnern, sich von dieser aber in verschiedenen wichtigen Punkten unterscheiden. Dies wird in den folgenden Abschnitten beschrieben.The described components of the device can be realized at least partially by software modules and a microprocessor.
Correlation methods are used in the device, some of which are reminiscent of wavelet transform applications, but differ in several important respects. This is described in the following sections.

In einfachen Worten ist die Wavelettransformation eine mathematische Methode, welche auf eine Eingangsfunktion, beispielsweise ein Spannungssignal, angewandt wird, welche die Funktion einer unabhängigen Variablen, beipielsweise der Zeit ist. Für die Wavelettransformation wird ein spezifisches, zeitlich begrenztes Signal, das Wavelet, verwendet, welches eine Funktion derselben unabhängigen Variablen ist, wie die Eingangsfunktion. Die Wavelettransformation liefert ein zweidimensionales Ergebnis, welches das gegenüber der Zeit aufgetragene Frequenzverhalten der Eingangsfunktion widerspiegelt. Dieses Frequenzverhalten wird dadurch beschrieben, daß ein Wavelet in einem interessierenden Parameterbereich in Bezug auf die unabhängige Variable also beispielsweise zeitlich und damit spektral skaliert wird und das so skalierte Ausgangswavelet mit der Eingangsfunktion verglichen wird. Die Frequenzachse des zweidimensionalen Ergebnisses der Wavelettransformation entspricht dabei dem Skalierungsfaktor des Wavelets, wobei die höheren Frequenzen weiter entfernt vom Ursprung eines Koordinatensystems aufgetragen werden. Jeder Punkt der zweidimensionalen Ausgangsfunktion hat den Wert eines Korrelationskoeffizienten, der die Korrelation des Eingangssignals zu dem entsprechenden Zeitpunkt mit demjenigen Wavelet widerspiegelt, das dem entsprechenden Skalierungsfaktor zugeordnet ist. Auf diese Weise ergibt die Wavelettransformation eine zweidimensionale Ausgangsfunktion, die die Ähnlichkeit zwischen einer Eingangsfunktion bzw. einem Eingangssignal und einem jeweils verschieden skalierten Wavelet widerspiegelt, wobei eine Koordinate der zweidimensionalen Ausgangsfunktion der Skalierungsfaktor des Wavelets und die andere Koordinate die unabhängige Variable der Eingangsfunktion, beispielsweise die Zeit ist.In simple words, the wavelet transform is a mathematical method which is applied to an input function, for example a voltage signal which is the function of an independent variable, such as time. For the wavelet transformation, a specific, time-limited signal, the Wavelet, which is a function of the same independent variable, like the input function. The wavelet transformation provides a two-dimensional Result, which shows the frequency behavior of the Input function reflects. This frequency behavior is described by that a wavelet in a parameter range of interest with respect to the independent variable thus for example temporally and thus spectrally scaled and the scaled output wavelet is compared to the input function. The frequency axis of the two-dimensional result of the wavelet transformation corresponds to the scaling factor of the wavelet, the higher frequencies be applied further away from the origin of a coordinate system. Each point of the two-dimensional output function has the value of a correlation coefficient, the correlation of the input signal to the corresponding one Time with that wavelet reflects the corresponding scaling factor assigned. In this way, the wavelet transformation gives a two-dimensional output function that shows the similarity between an input function or an input signal and a respectively differently scaled Wavelet reflects, where a coordinate of the two-dimensional output function the scaling factor of the wavelet and the other coordinate the independent one Variable of the input function, for example, the time is.

Im Falle kontinuierlicher Eingangssignale oder -funktionen kann die Wavelettransformation durch die folgende Gleichung beschrieben werden: w(s,τ) = ∫f(t) *Ψ(st+τ)dt In the case of continuous input signals or functions, the wavelet transformation can be described by the following equation: w ( s , τ) = ∫ f ( t ) * Ψ ( st + Τ) dt

In dieser Funktion ist ψ eine kontinuierliche "Stammwavelet"-Funktion, die von einem Skalierungsparameter s und einem Translationsparameter τ abhängt. Um ein Wavelet zu sein, muß die Funktion einen Mittelwert von Null haben und mit zunehmenden Werten ihres Argumentes abfallen, um hinsichtlich Zeit und Frequenz lokalisiert zu sein. Die dargestellte Integration muß nur über den Zeitbereich ausgeführt werden, für den die Koeffizienten von ψ ungleich Null sind.In this function, ψ is a continuous "rootwavelet" function created by a scaling parameter s and a translation parameter τ. To one To be wavelet, the function must have a mean of zero and with increasing Values of their argument fall off in terms of time and frequency to be localized. The illustrated integration only needs to run over the time range for which the coefficients of ψ are nonzero.

Für diskrete Eingangsfunktionen oder -signale kann die Wavelettransformation durch die folgende Formel ausgedrückt werden:

For discrete input functions or signals, the wavelet transformation can be expressed by the following formula:

In dieser Formel ist n ein Zähler für einen Abtastwert, τ das Abtastintervall und k ein Index für den Abtastwertzähler des Wavelets ψ mit dem Skalierungsfaktor s.In this formula, n is a counter for a sample, τ is the sampling interval, and k is an index for the sample counter of the wavelet ψ with the scaling factor s.

Für ein System mit diskreten Eingangsfunktionen kann die Korrelationsfunktion zwischen einem Eingangssignal und einem vorgegebenen (Vergleichssignal oder auch Korrelationssignal oder Korrelatorwavelet), ψ, ausgedrückt werden als :

For a system with discrete input functions, the correlation function between an input signal and a given one (comparison signal or else correlation signal or correlator wavelet), ψ, can be expressed as:

Darin ist n die Nummer des Abtastwertes, τ das Abtastintervall und k ein Index für die Abtastwertnummer des Wavelets. Durch Vergleich der beiden zuletzt aufgeführten Gleichungen wird offenbar, daß die Korrelationsfunktion als ein besonderer Fall der Wavelettransformation angesehen werden kann, für die der Skalierungsfaktor s konstant ist.Where n is the sample number, τ is the sampling interval, and k is an index for the sample number of the wavelet. By comparing the last two listed Equations reveal that the correlation function as a special case the wavelet transformation for which the scaling factor s is constant.

Die Vorrichtung beruht auf Methoden, die die Berechnung und Interpretation von Korrelationsfunktionen einschließen, für die ein oder mehrere Vergleichssignale oder Korrelator-Wavelets nicht konstant sind, sondern angepaßt werden, damit sie Merkmalen in dem zu bearbeitenden Signal besser entsprechen. Dies weicht von einer vorbestimmten temporalen oder spektralen Skalierung eines vorbestimmten festen Stamm-Wavelets ab, wie es für die Wavelet-Transformation gebraucht wird. Innerhalb der hier vorgestellten Vorrichtung kann die Anpassung des Vergleichssignals alle Aspekte der Signalform betreffen und schreitet mit fortlaufender Verarbeitung des Meßsignals und der entsprechenden Berechnung der Korrelationskoeffizienten fort. Somit hat das Vergleichssignal in der Vorrichtung mit einem Wavelet im wesentlichen nur gemein, daß sein Integral über die Zeit Null ist oder entsprechend die Summe seiner diskreten Zeitwerte Null. Bei Bedarf können weitere Beschränkungen für die Form des Vergleichssignals vorgesehen werden.The device is based on methods involving the calculation and interpretation of Include correlation functions for which one or more comparison signals or correlator wavelets are not constant, but adapted to them Characteristics correspond better in the signal to be processed. This deviates from a predetermined temporal or spectral scaling of a predetermined fixed root wavelets as needed for the wavelet transform. Within the device presented here, the adaptation of the comparison signal all aspects of the waveform affect and progress with progressive Processing of the measurement signal and the corresponding calculation of the correlation coefficients continued. Thus, the comparison signal in the device has a In essence, wavelets only mean that their integral over time is zero or accordingly the sum of its discrete time values zero. If necessary you can further restrictions on the shape of the comparison signal can be provided.

Folgende Grundsätze gelten für die Korrelationsfunktionen, wie sie in der vorgestellten Vorrichtung verwendet werden:

1. Die Berechnung der Korrelationsfunktion wird im Zeitbereich ausgeführt.

2. Die Korrelationsfunktion eines Eingangs- oder Meßsignals besitzt die gleiche Zeitskala wie das Meßsignal.

3. Die Korrelationsfunktion hat einen bestimmten Wert für jeden diskreten Wert des Meßsignals.

4. Die Korrelationsfunktion beruht auf einem Vergleichssignal (KorrelatorWavelet), welches ebenfalls eine Funktion der Zeit ist.

5. Das Integral des Vergleichssignals über die Zeit sollte Null sein; im Falle eines zeitdiskreten Vergleichssignals sollte die Summe der Signalwerte Null sein.

6. Das Vergleichssignal kann von einem bekannten oder erwarteten Merkmal des Meßsignals abgeleitet werden. In diesem Fall wird die Korrelationsfunktion immer dort Maxima aufweisen, wo das Merkmal in dem Meßsignal enthalten ist, einschließlich solcher Orte im Meßsignal, an denen das Merkmal verrauscht ist.

7. Jeder Wert der Korrelationsfunktion gleicht dem Korrelationskoeffizienten zwischen dem Meßsignal zu dem entsprechenden Zeitpunkt und dem Vergleichssignal. Auf diese Weise zeigt der Wert der Korrelationsfunktionen für jeden Zeitpunkt, wie stark das Meßsignal zu diesem Zeitpunkt dem Vergleichssignal ähnelt.

The following principles apply to the correlation functions used in the presented device:

1. The calculation of the correlation function is performed in the time domain.

2. The correlation function of an input or measurement signal has the same time scale as the measurement signal.

3. The correlation function has a certain value for each discrete value of the measurement signal.

4. The correlation function is based on a comparison signal (correlator wavelet), which is also a function of time.

5. The integral of the comparison signal over time should be zero; in the case of a discrete-time comparison signal, the sum of the signal values should be zero.

6. The comparison signal can be derived from a known or expected feature of the measurement signal. In this case, the correlation function will always have maxima where the feature is included in the measurement signal, including those locations in the measurement signal where the feature is noisy.

7. Each value of the correlation function is equal to the correlation coefficient between the measurement signal at the corresponding time and the comparison signal. In this way, the value of the correlation functions for each time point shows how much the measurement signal at this time resembles the comparison signal.

Entsprechungen von Korrelationsfunktionen im Frequenzbereich:

1. Jede Signalverarbeitung im Zeitbereich hat ein Äquivalent im Frequenzbereich.

2. Die Anwendung der Korrelationsfunktion im Zeitbereich entspricht einer Bandpaßfilterung. Weil das Integral des Vergleichssignals Null ist, ist die Gleichstromverstärkung dieses äquivalenten Filters Null.

3. Der Bandpaßfilter, der der Korrelationsfunktion entspricht, ist ein digitaler FIR-Filter (FIR = finite impulse response), in dem die Zahl der Koeffizienten der Anzahl der diskreten Signalwerte entspricht, die das Vergleichssignal bilden.

4. Der der Korrelationsfunktion entsprechende Bandpaßfilter ist für die Anzahl der Signalwerte des Vergleichssignals ein Optimalfilter für solche Merkmale innerhalb des Meßsignals, welche dem Vergleichssignal ähneln.

5. Der der Korrelationsfunktion entsprechende Bandpaßfilter wird automatisch angepaßt, wenn Details des Vergleichssignals modifiziert werden, wie bei der Anpassung an Variationen von bekannten, gemessenen Merkmalen des Meßsignals.

Correspondences of correlation functions in the frequency domain:

1. Each signal processing in the time domain has one equivalent in the frequency domain.

2. The application of the correlation function in the time domain corresponds to bandpass filtering. Because the integral of the comparison signal is zero, the DC gain of this equivalent filter is zero.

3. The bandpass filter corresponding to the correlation function is a digital finite impulse response (FIR) filter in which the number of coefficients corresponds to the number of discrete signal values that make up the comparison signal.

4. The bandpass filter corresponding to the correlation function is, for the number of signal values of the comparison signal, an optimum filter for those features within the measurement signal which are similar to the comparison signal.

5. The bandpass filter corresponding to the correlation function is automatically adjusted when details of the comparison signal are modified, as in adaptation to variations of known, measured features of the measurement signal.

Das Meßsignal wird in dem ersten Speicher 22 zumindest zwischengespeichert. Der Zwischenspeicher kann dabei ein FIFO-Speicher sein und erlaubt es, das gemessene Signal nicht nur in Echtzeit zu verarbeiten, sondern auch später. Die Größe des ersten Speichers oder Zwischenspeichers 22 hängt vom Verhältnis der Abtastrate zur Prozessorgeschwindigkeit ab und wird weiterhin von den statistischen Eigenschaften des Meßsignals beeinflußt. Typischerweise wird der erste Speicher oder Zwischenspeicher 22 für ein EKG-Signal so zu bemessen sein, daß er die Meßwerte eines Signals von ungefähr einer Sekunde Länge aufnehmen kann. Die Verwaltung des ersten Speichers 22 erfolgt über einen Index-Zeiger, wie er weiter unten beschrieben ist.The measuring signal is at least temporarily stored in the first memory 22. The buffer can be a FIFO memory and allows the Not only to process measured signals in real time, but also later. The Size of the first memory or latch 22 depends on the ratio of Sample rate decreases from processor to processor speed and continues to be statistical Characteristics of the measured signal affected. Typically, the first Memory or latch 22 for an ECG signal to be sized so that it can record the readings of a signal of approximately one second in length. The management of the first memory 22 via an index pointer, as he described below.

Von besonderer Bedeutung ist die Auswahl des zunächst vorzugebenden Vergleichssignals iWav. Wichtige Parameter sind diesbezüglich die Länge des Vergleichssignals und dessen Form.Of particular importance is the selection of the first predetermined comparison signal iWav. Important parameters in this regard are the length of the comparison signal and its shape.

Die Länge des Vergleichssignals, wLen, beeinflußt direkt sowohl die größte Breite (zeitliche Ausdehnung) der zu detektierenden Merkmale als auch die erforderliche Rechenkapazität. Bei der Simulation einer Vorrichtung zur Verarbeitung eines Meßsignals einer Herzkammer mit einer Abtastrate von 250 Hz entsprechend einem Zeitraster von 4 ms hat sich eine Vergleichssignallänge von 16 Signalwerten als geeignet erwiesen. In zeitlicher Hinsicht entspricht dies einer Dauer des Vergleichssignals von 64 ms. Wenn jedoch ein einziger EKG-Kanal Signale zweier Kammern enthält, wie beispielsweise aus dem rechten und dem linken Atrium, können zusätzliche Vergleichssignale erforderlich sein, um die kombinierten Merkmale abzudecken.The length of the comparison signal, wLen, directly affects both the largest width (Time extent) of the features to be detected as well as the required Computing capacity. In the simulation of a device for processing a Measuring signal of a heart chamber with a sampling rate of 250 Hz according to a Time grid of 4 ms has a comparison signal length of 16 signal values as proved suitable. In terms of time, this corresponds to a duration of the comparison signal of 64 ms. However, if a single ECG channel signals two chambers contains, such as from the right and left atrium, can additional comparison signals may be required to match the combined features cover.

Von großer Bedeutung ist auch die zunächst vorgegebene Form des Vergleichssignals, welches in dem Speicher 26 abgelegt ist. Neben diesem einen Vergleichssignal können auch weitere Vergleichssignale in der Datenbank 40 abgelegt sein. Die Form des mindestens einen Vergleichssignals wird durch Schätzen der Signalform desjenigen Signalmerkmals in dem Meßsignal festgelegt, welches vorrangig detektiert werden soll. Alternativ kann das Vergleichssignal aber auch eine Standardform haben, wie die in den Figuren 2 oder 3 abgebildeten Wavelets vom Typ "Mexikanerhut" oder vom asymmetrischen Typ. Falls solch ein Standardwavelet als Vergleichssignal verwendet wird, sollte dessen Zeitskalierunng ungefähr der Dauer des erwarteten Merkmals entsprechen. In jedem Fall sollte das anfänglich gewählte Vergleichssignal der Dynamik des Meßsignals entsprechen. Außerdem sollte die Summe der Signalwerte des Vergleichssignals Null sein.Of great importance is also the first predetermined form of the comparison signal, which is stored in the memory 26. In addition to this a comparison signal If desired, further comparison signals can also be stored in the database 40. The shape of the at least one comparison signal is determined by estimating the waveform of that signal characteristic in the measurement signal, which priority should be detected. Alternatively, the comparison signal but also a standard form like the wavelets of the type depicted in FIGS. 2 or 3 "Mexican hat" or of the asymmetrical type. If such a standard JavaScript as Comparative signal is used, its time scale should be about the duration correspond to the expected characteristic. In any case, this should be the initial choice Comparison signal correspond to the dynamics of the measuring signal. In addition, the should Sum of the signal values of the comparison signal to be zero.

In interessanten Anwendungsfällen der Erfindung wird die Vorrichtung benutzt, vergleichbare Signalmerkmale direkt zu messen. Ein solches Beispiel ist weiter unten beschrieben und betrifft das Messen der Zeitzusammenhänge zwischen Zweikammer-Elektrokardiogrammen. Für diesen Zweck kann das anfängliche Vergleichssignal, iWav, eine besondere Form haben und die Berechnung der Korrelationskoeffizienten kann für Signale einer Vielzahl von Datenkanälen erfolgen. Der Betrieb der Vorrichtung mit einem anfänglich gesetzten Vergleichssignal wird im Rahmen des klinischen Einsatzes allgemein dann vorkommen, wenn solch eine Vorrichtung implantiert wird. Nachfolgende Behandlungen werden normalerweise unter Verwendung einer angepaßten Version des ursprünglich gesetzten Vergleichssignals erfolgen, welches die Eigenschaften vorliegender EKG- oder IDZ-Signale eines Patienten widerspiegelt. Die Signalverarbeitung kann jedoch automatisch zur Verwendung des ursprünglich gesetzten Vergleichssignals zurückkehren und zwar im Rahmen einer Strategie der Wiedergewinnung von Daten im Falle eines Detektionsverlustes, daß heißt wenn keine Signalmerkmale mehr detektiert werden. Dies kann vorkommen, wenn sich die Morphologie des Meßsignals innerhalb kurzer Zeit stark ändert.In interesting applications of the invention, the device is used to directly measure comparable signal characteristics. Such an example is further below and relates to measuring the time relationships between Dual-chamber electrocardiograms. For this purpose, the initial Comparative signal, iWav, have a special shape and the calculation of Correlation coefficients may be for signals of a plurality of data channels. The operation of the device with an initially set comparison signal will occur in the context of clinical use in general, if such a Device is implanted. Subsequent treatments will usually be using an adapted version of the originally set comparison signal take the characteristics of existing ECG or IDZ signals of a patient. However, the signal processing can be automatic return to using the originally set comparison signal as part of a data recovery strategy in case a detection loss, that is, when no signal features detected more become. This can occur when the morphology of the measurement signal within changes in a short time.

Eine besondere Eigenschaft der Vorrichtung ist ihre Fähigkeit zur Anpassung des Vergleichssignals an lokalisierte oder detektierte Signalmerkmale des Meßsignals.A special feature of the device is its ability to adapt the Comparison signal to localized or detected signal characteristics of the measuring signal.

Der Grad der Anpassung des Vergleichssignals wird durch den Parameter α gesteuert, welcher in der Vorrichtung gespeichert ist. Als geeignete Werte von α haben sich solche in der Größenordnung von 1/16 erwiesen. Dies ist deshalb vorteilhaft, weil die Multiplikation mit 1-α (siehe unten) auf einfache Weise durch Bitverschieben und Subtraktion in Form einer Shift-and-Subtract-Operation implementiert werden kann. The degree of adaptation of the comparison signal is controlled by the parameter α, which is stored in the device. Have suitable values of α those in the order of 1/16 proved. This is therefore advantageous because multiplication by 1-α (see below) is easily accomplished by bit shifting and subtraction implemented in the form of a shift-and-subtract operation can be.

Wenn eine Anpassung des Vergleichssignals erforderlich ist, wird das Vergleichssignal wWav durch eines ersetzt, welches die Summe ist aus dem zu setzenden Vergleichssignal multipliziert mit (1-α) und dem entsprechenden Signalwert des zuletzt lokalisierten Merkmals des Meßsignals multipliziert mit α. Die daraus resultierende Anpassung zeigt eine exponentielle Gewichtung vorangegangener Merkmale. Die Anpassung des Vergleichssignals, welches im Zeitbereich definiert ist, entspricht im Frequenzbereich dem Anpassen der Form eines korrespondierenden Bandpaßfilters für die optimale Extraktion zu detektierender Merkmale des Meßsignals.If an adjustment of the comparison signal is required, the comparison signal becomes wWav replaced by one, which is the sum of the to be set Comparison signal multiplied by (1-α) and the corresponding signal value of the last localized feature of the measurement signal multiplied by α. The resulting Adaptation shows an exponential weighting of previous features. The adaptation of the comparison signal, which is defined in the time domain, corresponds in the frequency domain to adapting the shape of a corresponding one Bandpass filter for the optimal extraction of detected features of the measuring signal.

Obwohl die Anpassung des Vergleichssignals für jedes lokalisierte Merkmal innerhalb eines Herzzyklusses erfolgen kann, ist dies im allgemeinen nicht erforderlich. Vielmehr wird bevorzugt, die Anpassung zu vorgegebenen Zeitpunkten vorzunehmen, für deren Festlegung das physiologische Zeitverhalten der interessierenden Merkmale und der daraus zu extrahierenden Parameter zu berücksichtigen sind. Alternativ kann die Anpassung in Reaktion auf Änderungen der Höhe der lokalen Maxima der Korrelationsfunktion ausgelöst werden, welche sich bei der Lokalisation eines zu detektierenden Merkmals ergeben. Die Möglichkeit der Anpassung in jedem Herzzyklus kann jedoch im unmittelbaren Anschluß an die Implantation der Vorrichtung wertvoll sein und in anderen Situationen, wo eine schnelle Anpassung an vorliegende Meßsignale eines bestimmten Patienten gewünscht ist, insbesondere im Falle eines Detektionsverlustes.Although the adjustment of the comparison signal for each localized feature within a cardiac cycle, this is generally not required. Rather, it is preferable to make the adjustment at predetermined times, for determining the physiological time behavior of the interest Characteristics and the parameters to be extracted from them. Alternatively, the adaptation may be in response to changes in the level of the local Maxima of the correlation function are triggered, which are localized of a feature to be detected. The possibility of adaptation in However, each cardiac cycle can immediately after implantation of the Device be valuable and in other situations where a quick adaptation is desired to present measuring signals of a particular patient, in particular in case of detection loss.

Auch die angepaßten Vergleichssignale müssen die Bedingungen erfüllen, daß die Summe der diskreten Signalwerte, aus denen sich das Vergleichssignal zusammensetzt, Null ist. Diese Anpassung erfolgt in einem zweiten Adaptionsschritt und betrifft vorzugsweise die kleineren Signalwerte, wodurch der Einfluß auf die berechneten Werte des Korrelationskoeffizienten minimiert wird.The matched comparison signals must meet the conditions that the Sum of the discrete signal values that make up the comparison signal, Is zero. This adaptation takes place in a second adaptation step and preferably relates to the smaller signal values, whereby the influence on the calculated values of the correlation coefficient is minimized.

Vorzugsweise wird die dynamische Bandbreite des angepaßten Vergleichssignals wWav an die durch den Meßkanal bestimmte maximale Amplitude des Meßsignals angepaßt. Mit anderen Worte wird die Dynamik des Vergleichssignals auf die maximale Dynamik des Meßsignals normiert. Dies vermeidet eine quadratische Verzerrung einer Skala für einen Schwellwert für den Korrelationskoeffizienten, welcher ansonsten mit Variationen der Meßsignalamplitude einherginge.Preferably, the dynamic bandwidth of the matched comparison signal wWav to the maximum amplitude of the measuring signal determined by the measuring channel customized. In other words, the dynamics of the comparison signal on the normalized maximum dynamics of the measuring signal. This avoids a square Distortion of a scale for a threshold value for the correlation coefficient, which would otherwise be accompanied by variations in the measurement signal amplitude.

Auch der Schwellwert für den Korrelationskoeffizienten, der für die Lokalisation von zu detektierenden Signalmerkmalen verwendet wird, wird vorzugsweise durch die Vorrichtung im Laufe der Zeit an die tatsächlichen Gegebenheiten angepaßt.Also the threshold for the correlation coefficient, that for the localization is used by signal characteristics to be detected is preferably by adapted the device over time to the actual conditions.

Die Anpassung des Schwellwertes detThr wird durch einen den Anpassungsgrad beschreibenden Parameter β sowie durch eine Grenzwertasymptote γ bestimmt. Sowohl β als auch γ sollen Werte < 1 haben und sind in einem Speicher des Gerätes gespeichert. Simulationen haben ergeben, daß brauchbare Werte für β in der Größenordnung von ⅛ liegen, während brauchbare Werte für γ eine Größenordnung von ½ haben. In der Simulation erwiesen sich diese Werte deshalb als brauchbar, weil sie eine Merkmalsdetektion auch in Gegenwart substantieller Änderungen des EKG's von Herzzyklus zu Herzzyklus zuließen. Wie bei der Anpassung des Vergleichsmusters wWav erlauben diese Werte für β und γ eine vorteilhafte Implementierung in Form einer Shift-and-Substract Operation.The adjustment of the Threshold detThr is by a degree of adjustment descriptive parameter β and determined by a threshold asymptote γ. Both β and γ should have values <1 and are in a memory of the Device saved. Simulations have shown that useful values for β in of the order of magnitude of ⅛ while useful values of γ are of the order of magnitude of ½ have. In the simulation, these values therefore proved to be useful, because it is a feature detection even in the presence of substantial Allow changes in the ECG from cardiac cycle to cardiac cycle. As with the customization of the comparison pattern wWav, these values allow for β and γ a favorable one Implementation in the form of a shift-and-subtract operation.

Wenn eine Anpassung des Schwellwertes erforderlich ist, wird der augenblickliche Wert von detThr durch einen ersetzt, der sich wie folgt zusammensetzt: ursprünglicher Schwellwert multipliziert mit (1-β) und demjenigen Maximalwert des Korrelationskoeffizienten, der dem zuletzt lokalisierten Merkmal zugeordnet ist, multipliziert mit β und γ. Eine derartige Anpassung des Schwellwertes führt zu einer exponentiellen Gewichtung vorangegebener Werte und zu einer asymptoptischen Anpassung an einen vorbestimmten Bruchteil γ des Maximums des Korrelationskoeffizienten, welcher dem zuletzt lokalisierten Merkmal des EKG's oder IDZ's zugeordnet ist.If an adjustment of the threshold is required, the current one becomes Value of detThr replaced by one composed of: original Threshold multiplied by (1-β) and the maximum value of the correlation coefficient, multiplied by the last localized characteristic with β and γ. Such an adjustment of the threshold leads to a exponential weighting of predicted values and to an asymptoptical one Adaptation to a predetermined fraction γ of the maximum of the correlation coefficient, which is the last localized feature of the ECG or IDZ assigned.

Generell wird bevorzugt, diese Anpassung des Schwellwertes nach jeder Lokalisation eines Signalmerkmales vorzunehmen. Dieses vermindert die Wahrscheinlichkeit ein Merkmal deshalb nicht zu erkennen, weil sich die Amplitude des Merkmals ändert und verursacht nur wenig zusätzlichen Berechnungsaufwand. Wie im Falle der Anpassung des Vergleichsmusters wWav können jedoch auch für die Anpassung des Schwellwertes verschiedene Strategien angewandt werden, die den Zeitpunkt des Anpassens des Schwellwertes beispielsweise von der Abweichung des jeweiligen Maximums des Korrelationskoeffizienten von demjenigen abhängig machen, welcher einem zuvor detektierten Merkmal zugeordnet ist.Generally, this adjustment of the threshold value is preferred after each localization to make a signal feature. This reduces the probability a feature can not be recognized because the amplitude of the feature changes and causes little additional computational effort. As in the case However, the adaptation of the comparison pattern wWav can also be used for the adaptation of the threshold, different strategies are applied, which Time of adapting the threshold, for example, the deviation of the respective maximum of the correlation coefficient of that dependent which is associated with a previously detected feature.

Von großer Bedeutung für die Vorrichtung sind weiterhin die Methoden zur Verringerung des Rechenaufwands. Dies gilt insbesondere vor dem Hintergrund, daß sämtliche interne Vorgänge eines implantierten Gerätes so wenig Energie kosten sollen wie möglich. Dementsprechend umfaßt die Vorrichtung Mittel, um beispielsweise den Rechenaufwand für die Berechnung von Korrelationsfunktionen minimieren. Häufig wird dieser Rechenaufwand von einem Mikroprozessor geleistet. Im folgenden werden die grundlegenden Überlegungen und die Einzelheiten der Implementierung beschrieben.Of great importance for the device are still the methods of reduction of the computational effort. This is especially true against the background that all internal processes of an implanted device cost so little energy should as possible. Accordingly, the device comprises means to, for example minimize the computational effort for calculating correlation functions. Often, this computational effort is done by a microprocessor. in the Following are the basic considerations and the details of the implementation described.

Eine wichtige Einflußgröße auf den Rechenaufwand ist die Abtast- oder Samplingrate.An important factor influencing the computational effort is the sampling or sampling rate.

Die Berechnung einer Korrelationsfunktion über ein vorgegebenes Zeitintervall schließt für jeden abgetasteten Signalwert des Meßsignals die Multiplikation und das Aufsummieren benachbarter Abtastwerte und der Signalwerte und des Vergleichssignals ein. Wie zuvor beschrieben, wird das Vergleichssignal so gewählt, daß es ein kurzes, interessierendes Zeitintervall abdeckt. Die Abtastrate bestimmt die Anzahl der Abtast- oder Meßsignalwerte während des interessierenden Zeitintervalls, genauso wie die Anzahl der Signalwerte des Vergleichssignals. Dies hat zur Folge, daß die Zahl der Multiplikations- und Addierschritte für das gewählte Zeitintervall des Meßsignals mit dem Quadrat der Abtastrate steigt. Aus diesem Grunde ist es erforderlich diejenige Mindestabtastrate zu bestimmen, die noch ein brauchbares Ergebnis liefert, und diesen Wert nicht signifikant zu überschreiten. Die Bestimmung dieser Abtastrate kann wirkungsvoll mit Hilfe von Computersimulationen durchgeführt werden, in denen eine Vielzahl von bereits vorliegenden Meßsignalen verwendet werden, die bereits an Patienten aufgenommen wurden und in Datenbanken gespeichert sind. Wenn dies für die Merkmalserkennung und Ortung (Lokation) sowie für die hierin beschriebenen Analysen durchgeführt wird, zeigen die Ergebnisse, daß Abtastraten bei oder unterhalb von 250 Hz angemessen sind. Bestimmte Anwendungen können höhere Abtastraten erfordern, beispielsweise wenn das Interesse hochfrequenten Signalmerkmalen gilt.The calculation of a correlation function over a given time interval closes for each sampled signal value of the measuring signal, the multiplication and summing adjacent samples and the signal values and the comparison signal one. As previously described, the comparison signal is chosen that it covers a short, interesting time interval. The sampling rate is determined the number of sample values during the time interval of interest, as well as the number of signal values of the comparison signal. this has As a result, the number of multiplication and adding steps for the selected Time interval of the measuring signal increases with the square of the sampling rate. For this Basically, it is necessary to determine the minimum sampling rate that is still one yields a usable result, and does not significantly exceed this value. The determination of this sampling rate can be effective with the help of computer simulations be carried out in which a variety of already existing Measuring signals are used, which have already been recorded on patients and stored in databases. If this is for feature recognition and Location and for the analyzes described herein, The results show that sampling rates at or below 250 Hz are appropriate are. Certain applications may require higher sampling rates, for example when the interest of high-frequency signal characteristics applies.

Der Energieverbrauch jeder Berechnung isttypischerweise eine lineare Funktion der Rechengenauigkeit. Aus diesem Grunde ist es erforderlich, die minimale Rechengenauigkeit zu bestimmen, die brauchbare Ergebnisse liefert, und diesen Wert nicht deutlich zu übersteigen. Auch diese Bestimmung der minimalen Rechengenauigkeit kann wie zuvor beschrieben mit Hilfe von Computersimulationen effizient durchgeführt werden. Diese haben ergeben, daß eine Auflösung von größer als 8 Bit nicht erforderlich ist. Dies entspricht einer Dynamik oder Bandbreite von 256 Werten.The energy consumption of each calculation is typically a linear function of Computational accuracy. For this reason, it is necessary to have the minimum computational accuracy which gives useful results, and not that value clearly to exceed. Also, this determination of the minimum computational accuracy can be efficiently performed as described above using computer simulations become. These have revealed that a resolution of greater than 8 bits is not required. This corresponds to a dynamic or bandwidth of 256 Values.

In der hier vorgestellten Vorrichtung wird die Korrelationsfunktion verwendet, um interessierende Signalmerkmale in einem EKG- oder IDZ-Signal zu detektieren und genau zu lokalisieren oder um spezifische Signalformanalysen und Vergleiche durchzuführen. Die zuvor angesprochenen Computersimulationen haben ergeben, daß in der Praxis sowohl die numerische Auflösung als auch die Genauigkeit der Korrelationsberechnung substantiell begrenzt werden können, ohne die Aussagekraft der Ergebnisse zu beeinträchtigen. Dieses bildet die Grundlage für verschiedene Mittel zur Begrenzung der Rechenlast, die im folgenden beschrieben werden.In the device presented here, the correlation function is used to to detect signal features of interest in an ECG or IDZ signal and pinpoint or specific waveform analyzes and comparisons perform. The previously mentioned computer simulations have shown that in practice both the numerical resolution and the accuracy of the Correlation calculation can be substantially limited without the validity to affect the results. This forms the basis for various Means for limiting the computational load, which will be described below.

Die Auswertung einer Korrelationsfunktion erfordert das Bilden eines Produktes von aufeinanderfolgenden Signalwertpaaren, die von einem Signalwert des Meßsignals und einem Signalwert des Vergleichssignals gebildet werden. Auführungsformen der Vorrichtung, die beispielsweise eine 8-Bit-Darstellung der Signalwerte und eine Zweierkomplementnummerierung verwenden, würden üblicherweise die Bildung eines 16-Bit-Produktes erfordern. Tatsächlich ist in einem solchen System jedoch ein 8-Bit-Produkt ausreichend für die Merkmalsdetektion und Lokation. Dies entspricht der Trunkierung derjenigen Bits des Produktes, die Größenordnungen im Bereich von 0 bis 128 repräsentieren. Vor diesem Hintergrund ist zulässig auch an alternative Multiplikationsverfahren mit begrenzter Auflösung zu denken, welche die Rechenbelastung reduzieren können, unabhängig davon, ob diese Multiplikationsroutinen in Hardware oder in Form von Microcode eines Prozessors implementiert sind.The evaluation of a correlation function requires the formation of a product of successive pairs of signal values which are dependent on a signal value of the measuring signal and a signal value of the comparison signal. Auführungsformen the device, for example, an 8-bit representation of the signal values and a Using two's complement numbering would usually be the formation require a 16-bit product. In fact, in such a system an 8-bit product sufficient for feature detection and location. This matches with the truncation of those bits of the product, the orders of magnitude in Range from 0 to 128. Against this background is also allowed alternative multiplication methods with limited resolution to think which reduce the computational burden, regardless of whether these multiplication routines implemented in hardware or in the form of microcode of a processor are.

Eine wirkungsvolle Methode dieser Art verwendet eine kurze Tabelle, die in einem Speicher, dem Logarithmenspeicher 28, der Vorrichtung abgelegt ist und Integerwerte enthält, die Logarithmen von Zahlen entsprechen. In einem 8-Bit-Zweierkomplementsystem hat die Tabelle beispielsweise 129 Zellen, die den Zahlen m von 0 und 128 zugeordnet sind. Jeder Eintrag in der Tabelle enthält denjenigen Integerwert, der In(m)* 128/ln(128) am nächsten kommt. Nur der Eintrag für m=0 ist auf Null gesetzt. Auf diese Weise skaliert, decken die Einträge in der Logarithmentabelle den Bereich von 0 bis 128 ab.An effective method of this kind uses a short table in one Memory, the logarithm memory 28, the device is stored and integer values contains, which correspond to logarithms of numbers. In an 8-bit two-complement system For example, the table has 129 cells that have the numbers m of 0 and 128 are assigned. Each entry in the table contains the integer value, which comes closest to In (m) * 128 / ln (128). Only the entry for m = 0 is up Zero set. Scaled in this way, cover the entries in the log table the range from 0 to 128.

Diese Tabelle wird auf die folgende Weise benutzt, um ein skaliertes Produkt von x und y mit begrenzter Auflösung zu bilden. Wie üblich repräsentieren |..| Absolutwerte:

1. lese den Inhalt der mm |x| zugeorneten Zelle der Tabelle

2. lese den Inhalt der m = |y| zugeordneten Zelle der Tabelle

3. addiere die beiden Tabelleneinträge

4. subtrahiere 128

5. suche diejenige Zelle der Tabelle, deren Eintrag dem berechneten Wert am nächsten kommt

6. nimm denjenigen Wert m, dem die so gefundene Zelle zugeordnet ist als Ergebnis der Multiplikation

7. versieh das Ergebnis mit einem Vorzeichen entsprechend der Vorzeichen von x und y

This table is used in the following way to form a scaled product of x and y with limited resolution. As usual, | .. | Absolute values:

1. read the contents of the mm | x | allocated cell of the table

2. read the contents of m = | y | associated cell of the table

3. add the two table entries

4. Subtract 128

5. Find the cell of the table whose entry comes closest to the calculated value

6. take the value m to which the cell thus found is assigned as a result of the multiplication

7. Sign the result with a sign according to the signs of x and y

Der vierte Schritt führt zu einem Skalierungsfaktor von 1/128, der die Verwendung einer üblichen Tabelle sowohl für den Logarithmus als auch für die Umkehrfunktion des Logarithmus erlaubt. Auf diese Weise kann das Produkt von x und y mit begrenzter Auflösung durch zwei Speicherleseschritte, eine Addition, eine Subtraktion und eine sechsstufige binäre Suche gefunden werden.The fourth step results in a scale factor of 1/128, which is the use a common table for both the logarithm and inverse function of the logarithm allowed. In this way, the product of x and y can with limited resolution by two memory read steps, one addition, one subtraction and a six-step binary search can be found.

Die für die hier beschriebene Vorrichtung verwendeten Signalverarbeitungsmethoden zur Bildung der Korrelationsfunktion setzen das Vorhandensein lokal herausragender Werte des Korrelationskoeffizienten voraus, die sich aus der Ähnlichkeit des zu verarbeitenden EKG- oder IDZ-Signals mit dem Vergleichssignal ergeben. Im Allgemeinen treten diese lokalen Maxima des der Korrelationsfunktion entsprechenden Signals dann auf, wenn große Signalwerte des EKG- oder IDZ-Signals mit großen Werten der Vergleichsfunktion zusammentreffen. Wie zuvor erläutert, hat sich die Brauchbarkeit eines derartigen Vorgehens als relativ unabhängig von der absoluten Genauigkeit der Berechnung der Korrelationskoeffizienten erwiesen. Daher besteht eine weitere wirkungsvolle Methode zur Reduzierung der Rechenlast darin, von der Berechnung der Korrelationskoeffizienten solche Produkte auszunehmen, die Signalwerte des EKG- oder IDZ-Signals als Faktor enthalten, welche innerhalb eines engen Bandes in der Nähe des Mittelwertes des Signals liegen. Die erwähnten Computersimulationen haben ergeben, daß durch solches Vorgehen bei einem 8-Bit-Datensystem mit einer Abtastrate von 250 Hz eine 50%ige Einsparung der Rechenlast erreicht werden kann, wenn bei einem 8-Bit-Signal von den 256 möglichen Signalwerten solche von der Produktberechnung ausgenommen werden, die in ein Band der Breite von 20 Signalwerten fallen. Unter diesen Bedingungen behalten die resultierenden angepaßten Vergleichssignale eine zuverlässige Übereinstimmung mit entsprechenden Vergleichssignalen, die ohne Auslassung der mittleren Meßsignalwerte berechnet wurden.The signal processing methods used for the device described here to form the correlation function put the presence locally outstanding Values of the correlation coefficient advance, resulting from the similarity of the ECG or IDZ signal to be processed with the comparison signal. in the Generally, these local maxima correspond to the correlation function Signal then when large signal values of the ECG or IDZ signal with large values of the comparison function meet. As previously explained, has the usefulness of such a procedure as relatively independent of the absolute accuracy of the calculation of the correlation coefficients proved. Therefore, there is another effective method for reducing the computational load in excluding such products from the calculation of the correlation coefficients, contain the signal values of the ECG or IDZ signal as a factor, which within a narrow band near the mean of the signal. The mentioned computer simulations have shown that by such procedure in An 8-bit data system with a sampling rate of 250 Hz saves 50% the computational load can be achieved when with an 8-bit signal from the 256 possible signal values are excluded from the product calculation, which fall into a band of the width of 20 signal values. In these conditions the resulting matched comparison signals maintain a reliable match with corresponding comparison signals, without omission of the mean measured signal values were calculated.

In ähnlicher Weise können zur Reduzierung der Rechenlast solche Produkte von der Berechnung der Korrelationskoeffizienten ausgenommen werden, die Signalwerte des Vergleichssignals als Faktor enthalten, welche in ein enges Band nahe dem Mittelwert des Vergleichssignals fallen. Um in diesem Falle die Bedingung einzuhalten, daß die Summe aller Signalwerte des Vergleichssignals Null ist, können Signalwerte nahe dem Mittelwert bereits bei der Anpassung oder Bildung des Vergleichssignals nach der Normierung auf Null gesetzt werden.Likewise, to reduce the computational burden, such products may be used by the Calculation of the correlation coefficients are excluded, the signal values of the comparison signal as a factor which is in a narrow band near the Mean value of the comparison signal fall. In order to comply with the condition in this case, that the sum of all signal values of the comparison signal is zero, can Signal values close to the mean already in the adaptation or formation of the Comparison signal to be set to zero after normalization.

Für die Merkmalsdetektion geben die Schwellwertvergleichsmittel 32 nur dann ein Erkennungsignal aus, wenn das aus den Korrelationskoeffizienten bestehende Korrelations-Signal zunächst oberhalb des Schwellwertes liegt und anschließend einen Nulldurchgang zeigt. Zu diesem Zeitpunkt ist der genaue Ort dieser Ereignisse nicht von kritischer Bedeutung, weil ihr Auftreten eine genaue Merkmalslokation durch den Lokationsdetektor 38 auslöst. Daher und in Anbetracht der üblichen Struktur von EKG- und IDZ-Signalen ist es akzeptabel, wenn zur Bildung des Erkennungssignals nur jeder zweite Korrelationssignalwert verarbeitet wird, wodurch eine 50%ige Reduktion der Rechenlast erzielt wird.For the feature detection, the threshold comparison means 32 only enter Detection signal, if consisting of the correlation coefficient Correlation signal is initially above the threshold and then shows a zero crossing. At this time, the exact location of these events not critical, because their occurrence is an exact feature location through the location detector 38 triggers. Therefore, and considering the usual Structure of ECG and IDZ signals, it is acceptable if the formation of the Detection signal only every second correlation signal value is processed, thereby a 50% reduction of the computational load is achieved.

Bei Anwendung der hier beschriebenen Vorrichtung wird es regelmäßig vorkommen, daß interessierende Signalmerkmale eine relativ lange Dauer haben und sich nur langsam verändern. Ein Beispiel hierfür sind die eine Repolarisation darstellenden T-Wellen in einem EKG-Signal. In einem System mit einer Abtastrate von 250 Hz und einer angenommenen Länge des Vergleichssignals von 16 Signalwerten entspricht die Dauer des Vergleichssignals 64 ms des EKG-Meßsignals. Dies ist nicht geeignet für die zuverlässige Lokation von Merkmalen, welche sich über 100 ms oder mehr erstrecken, wie die zuvor genannten T-Wellen. Eine mögliche Lösung diese Problems wäre die Verlängerung des Vergleichssignals. Dieses bedeutet, daß das Vergleichssignal mehr Signalwerte umfaßt, so daß die Rechenbelastung steigt. Eine wirkungsvolle Alternative besteht darin, nur jeden n-ten Signalwert des Meßsignals für die Berechnung heranzuziehen, falls bekannt ist, daß das gesuchte Signalmerkmal wenig brauchbare Informationen in einem Frequenzbereich aufweist, der der Abtastrate geteilt durch 2n entspricht. Auf diese Weise kann der Verarbeitungsaufwand für den Fall wirkungsvoll reduziert werden, in dem langandauernde, sich langsam ändernde Merkmale von Interesse sind.When using the device described here, it will occur regularly that interesting signal features have a relatively long duration and only change slowly. An example of this is one repolarization T waves in an ECG signal. In a system with a sampling rate of 250 Hz and an assumed length of the comparison signal of 16 signal values corresponds to the duration of the comparison signal 64 ms of the ECG measurement signal. This is not suitable for the reliable location of features exceeding 100 ms or more, like the aforementioned T-waves. A possible solution this problem would be the extension of the comparison signal. This means that the comparison signal comprises more signal values, so that the computational load increases. An effective alternative is to use only every nth signal value of the Measuring signal for the calculation, if it is known that the sought Signal feature has little useful information in a frequency range, which corresponds to the sampling rate divided by 2n. In this way, the processing effort be effectively reduced in the case where long-lasting, slowly changing features are of interest.

Im folgenden soll die Arbeitsweise der Vorrichtung zur Merkmalsdetektion und Lokation in EKG- oder IDZ-Signalen beschrieben werden.The following is the operation of the device for feature detection and Location in ECG or IDZ signals are described.

Die Arbeitsweise beruht darauf, Korrelationskoeffizienten zwischen einander überlappend aufeinanderfolgenden kurzen Abschnitten des Meßsignals und einem Vergleichssignal zu bilden, dessen Länge den Abschnitten des Meßsignals entspricht. Durch das abschnittsweise Vergleichen des Meßsignals mit dem Vergleichssignal entsteht eine Folge von Korrelationskoeffizienten, von denen jeder genau einem Abschnitt des Meßsignals zugeordnet ist und die zusammen ein aus diskreten Korrelationswerten bestehendes Korrelationssignal ergeben.The working method is based on correlation coefficients between each other overlapping successive short portions of the measuring signal and a Form comparison signal whose length corresponds to the sections of the measurement signal. By comparing sections of the measured signal with the comparison signal creates a sequence of correlation coefficients, each of which is assigned exactly to a portion of the measuring signal and the together on result in discrete correlation values existing correlation signal.

Das Kriterium für die Merkmalsdetektion erfordert, daß zumindest ein Korrelationskoeffizient einen vorgegebenen positiven Schwellenwert überschreitet und das hierauf später ein Nulldurchgang des Korrelationssignals folgt. Wenn diese beiden Bedingungen erfüllt sind, gilt ein Merkmal als grob erkannt. Anschließend wird unter all denjenigen Korrelationskoeffizienten, die die vorgenannten Bedingungen erfüllen, der größte gesucht. Dieses lokale Maximum des Korrelationssignals bezeichnet dann die Lokation des zu detektierenden Signalmerkmals. Ist die Lokation einmal gefunden, wird sie zur weiteren Analyse in einem Speicher der Vorrichtung gespeichert. Über die zuvor genannte Zuordnung eines jeden Korrelationskoeffizienten des Korrelationssignals zu genau einem Abschnitt des Meßsignals ist durch die Lokation genau ein Abschnitt des Meßsignals bezeichnet, der in dem Bereich, in dem die Detektionsbedingungen erfüllt sind, die größte Ähnlichkeit mit dem Vergleichssignal aufweist. Somit kann der Ort eines Signalmerkmales in dem Meßsignal auf einen Abtastschritt genau bestimmt werden. Bei einer Abtastrate von 250 Hz heißt dies, daß die Lokation eines Signalmerkmals auf 4 ms genau erfolgt.The criterion for feature detection requires that at least one correlation coefficient exceeds a predetermined positive threshold and the This is followed later by a zero crossing of the correlation signal. If these two Conditions are met, a feature is considered grossly recognized. Subsequently, will among all those correlation coefficients that meet the aforementioned conditions meet, the biggest wanted. This local maximum of the correlation signal then designates the location of the signal feature to be detected. Is the location Once found, it is for further analysis in a memory of the device saved. About the aforementioned assignment of each correlation coefficient of the correlation signal to exactly one section of the measurement signal characterized by the location exactly a portion of the measuring signal, in the The area in which the detection conditions are met, the greatest similarity with having the comparison signal. Thus, the location of a signal feature in the Measuring signal to a sampling step are determined exactly. At a sampling rate of 250 Hz, this means that the location of a signal feature is accurate to 4 ms he follows.

Die Form des Vergleichssignals sowie auch der Detektionsschwellenwert werden laufend angepaßt, um Änderungen der Meßsignalform Rechnung zu tragen. Die Art und Weise der Anpassung wurde zuvor beschrieben. Die Anpassung des Vergleichssignals an ein Meßsignal ermöglicht es, ein Signalmerkmal mit großer Wahrscheinlichkeit und möglichst genau zu erkennen und zu lokalisieren, und zwar auch dann, wenn das Meßsignal Schwankungen unterworfen ist oder beispielsweise mit Rauschen überlagert ist.The shape of the comparison signal as well as the detection threshold are continuously adapted to account for changes in Meßsignalform. The kind and manner of adaptation has been previously described. The adaptation of the comparison signal to a measurement signal allows a signal feature with large To recognize and locate probability and as accurately as possible even if the measurement signal is subject to fluctuations or, for example is superimposed with noise.

Für die folgende Beschreibung des Arbeitsablaufes in der Vorrichtung ist insbesondere der Zugriff auf den ersten Speicher 22, der die einzelnen Meßwerte enthält, die das Meßsignal oder zumindest Abschnitte davon repräsentieren, von Bedeutung. Der Zugriff auf den ersten Speicher 22 erfolgt mit Hilfe eines Indexzeigers, blndex. Dieser Indexzeiger zeigt zunächst auf eine Speicherstelle, die soviele Speicherstellen von der ersten Speicherstelle 22 entfernt ist, wie es der Anzahl der Signalwerte entspricht, die das Vergleichssignal bilden. Die Anzahl dieser Signalwerte wird mit wLen bezeichnet. Wenn ein neuer Meßwert für das Meßsignal in den ersten Speicher geschrieben wird, bevor die Verarbeitung eines vorangegangenen Signalwertes vollendet ist, zeigt der Zeiger blndex auf den vorangegangenen Meßsignalwert.For the following description of the workflow in the device is particular the access to the first memory 22, which contains the individual measured values, which are the measurement signal or at least represent sections thereof, of importance. The first memory 22 is accessed by means of an index pointer, blndex. This index pointer first points to a memory location that has so many Memory locations from the first memory location 22 is removed, as the number of Corresponds to signal values that form the comparison signal. The number of these signal values is called wLen. If a new measured value for the measuring signal in the first memory is written before processing a previous one Signal value is completed, the pointer blndex points to the previous one Measurement signal.

Die Signalverarbeitung in der Vorrichtung läuft wie folgt ab:

1. Zunächst wird in den Speicher für das Vergleichsmuster wWav ein vorgegebenes Vergleichsmuster iWav eingeschrieben. Dies ist die Initialisierung des Vergleichsmusters.

2. Die Initialisierung des Schwellwertes detThr für die Merkmalsdetektion geschieht, in dem dieser Schwellwert auf einen anfänglichen Schwellwert iDetThr gesetzt wird und dieser Wert in den Schwellwertspeicher 36 geschrieben wird. Vorzugsweise ist der Anfangsschwellwert iDetThr ein relativ kleiner Schwellwert, der sicherstellt, daß überhaupt ein Signalmerkmal erkannt wird. Ein typischer Wert für ein System, das mit einem 8-Bit-Meßsignal arbeitet und bei dem die Anzahl der Signalwerte des Vergleichssignals, wLen 16 ist, ist 20 für den Schwellwert.

3. Anschließend wird das Erkennungsignal, detState auf "0" gesetzt. Das Erkennungssignal kann insgesamt drei Zustände annehmen, von denen der Zustand "0" der erste ist und den Zustand kennzeichnet, in dem die Merkmalsdetektion nicht aktiv ist.

4. Der Wert des größten Korrelationskoeffizienten in einem Abschnitt des Korrelationssignals, das die zuvor beschriebenen Detektionsbedingungen erfüllt, heißt maxccVal. Dieser Wert wird bei der Initialisierung auf den größten zugelassenen negativen Wert gesetzt.

5. Der Zeitpunkt zu dem der Wert maxccVal in Bezug auf das Meßsignal auftritt, als "0" die zeitliche Lokation des lokalen Maximums des Korrelationssignals, wird mit maxccLoc bezeichnet und bei der Initialisierung auf "0" gesetzt.

6. Für jeden Meßsignalwert des Meßsignals, der an der durch blndex bezeichneten Speicherstelle des ersten Speichers 22 steht, wird das Vergleichssignal wWav verwendet, um den Korrelationskoeffizienten ccVal über die Anzahl wLen der das Vergleichssignal bildenden Meßsignalwerte gebildet, die dem durch blndex bezeichneten Meßsignalwert vorangehen, daß heißt die vor diesem Meßsignalwert aufgenommen wurden.

7. Wenn ccVal größer ist als maxccVal, wird der Wert von maxccVal auf den Wert von ccVal gesetzt und der Ort des entsprechenden Signalwertes des Meßsignales als maxccLoc gespeichert.

8. Wenn der Wert von ccVal größer ist als der von detThr, und wenn gleichzeitig detState "0" ist, wird detState auf "1" gesetzt. Das Erkennungsignal hat somit den Wert "1". Dies bezeichnet, daß die Signalerkennung nun aktiv ist.

9. Wenn der Wert ccVal kleiner ist als Null, und der Zustand des Erkennungssignals, detState "1" ist, wird dieser Zustand detState auf "2" gesetzt. Der Zustand "2" des Erkennungsignals bezeichnet, daß das Meßsignal nun die Detektionsbedingungen erfüllt, daß heißt, daß ein interessierendes Signalmerkmal detektiert ist. Im nächsten Schritt wird die Lokation dieses Merkmals so genau wie möglich bestimmt. Dies geschieht, in dem der größte Wert von ccVal für die folgenden, der Anzahl wLen der Signalwerte des Vergleichssignals entsprechenden Meßsignalwerte gesucht wird, die auf den mit maxccLoc bezeichneten Meßsignalwert folgen:

10. Wenn der Zustand des Erkennungsignals, detState 2 ist, werden die folgenden Schritte durchgeführt, ansonsten wird zum Schritt 6 zurückgekehrt:

10.1 Verwende das Vergleichssignal wWav, um den Korrelationskoeffizienten ccVal über die der Anzahl wLen der Signalwerte des Vergleichssignals entsprechende Zahl der Meßsignalwerte zu berechnen, die auf den mit maxccLoc bezeichneten Meßsignalwert folgen.

10.2 Falls sich bei einem der Schritte gemäß 10.1 ergibt, daß ccVal den Wert von maxccVal überschreitet, wird der Wert von maxccVal auf den Wert von ccVal gesetzt und der Ort des entsprechenden Meßsignalwertes als featureLoc gespeichert. Der endgültige Wert von featureLoc repräsentiert dann den genauesten Wert für das zeitliche Auftreten eines zu detektierenden Merkmals, bildet also einen Zeitstempel für dieses Merkmal, sobald sich das Vergleichssignal wWav an die Meßsignalstruktur angepaßt hat.

10.3 Anschließend wird das lokalisierte Signalmerkmal und sein Zeitstempel für die weitere Analyse gespeichert.

10.4 Falls eine Vergleichssignalanpassung vorgesehen ist, wird nach der Lokation eines Signalmerkmals die Anpassung des Vergleichssignals wie folgt durchgeführt:

10.4.1
Bilde ein neues Vergleichssignal wWav mit dem Für einen vorgegebenen Vergleichsignalanpassungsparameter α<1 im Speicher der Vergleichssignalanpassungseinheit 40 unter Berücksichtigung von wWav und dem Iokalisierten Meßsignalabschnitt mit der Länge (Anzahl der Meßsignalwerte) wLen wie folgt: multipliziere die Signalwerte von wWav mit (1-α) und addiere hierzu die wLen entsprechende Zahl der Meßsignalwerte am Ort featureLoc, multipliziert mit α.

10.4.2
Skaliere das Ergebnis so, daß das neue Vergleichssignal wWav die maximale Dynamik besitzt, die durch die Meßeinrichtung für das Meßsignal vorgegeben ist, so, daß die Summe der Signalwerte des Vergleichssignals Null ist. Schreibe das so gebildete neue Vergleichssignal wWav in den zweiten Speicher 26.

10.4.3
Bilde einen neuen Schwellwert auf Basis der Schwellwertanpassungsparameter β und der Schwellwertasymptote γ im Speicher der Schwellwertanpassungseinheit 34 wie folgt: multipliziere den ursprünglichen Schwellwert detThr mit (1-β) und addiere hierzu β * γ * maxccVal. Speichere den so gewonnenen neuen Schwellwert im Schwellwertspeicher 36.

10.4.4
Speichere bei Bedarf das neugebildete Vergleichssignal wWav in einem Speicher für die weitere Analyse. Das angepaßte Vergleichssignal enthält die exponentielle gewichtete statistische Information über die zuletzt lokalisierten Signalmerkmale, die für einige Anwendungen von Interesse sein können.

10.5 Setze den Speicherindex blndex an eine Position, die um tRef /tSamp Speicherstellen vor featureLoc liegt, wobei tRef die gewünschte Refraktärzeit des Meßkanals ist, während tSamp die Abtastrate ist. Hierbei können je nach Wahl, wie eingangs angedeutet, bestimmte Meßsignalwerte für die Berechnung des Korrelationskoeffizienten ausgelassen werden oder es kann die Verarbeitung verzögert werden, um eine Refraktärzeit zu implementieren. Der neugebildete Speicherindex blndex sollte jedoch mindestens um eine wLen entsprechende Zahl von Speicherstellen vor der ersten Speicherstelle des Speichers 22 liegen, um die nächste Merkmalslokation einwandfrei durchführen zu können.

10.6 Kehre zu Schritt 3 zurück. Im Falle eines Detektionsverlustes kann eine vorbestimmte Strategie zur Wiedergewinnung der Daten angewandt werden, bevor zu Schritt 3 zurückgekehrt wird.

The signal processing in the device proceeds as follows:

1. First, a predetermined comparison pattern iWav is written into the memory for the comparison pattern wWav. This is the initialization of the comparison pattern.

2. The initialization of the threshold value detThr for the feature detection is done by setting this threshold value to an initial threshold value iDetThr and writing this value to the threshold memory 36. Preferably, the initial threshold iDetThr is a relatively small threshold that ensures that any signal feature is detected at all. A typical value for a system that operates on an 8-bit measurement signal and in which the number of signal values of the comparison signal, wLen is 16, is 20 for the threshold.

3. Subsequently, the detection signal, detState, is set to "0". The detection signal may assume a total of three states, of which the state "0" is the first and indicates the state in which the feature detection is not active.

4. The value of the largest correlation coefficient in a portion of the correlation signal that satisfies the detection conditions described above is called maxccVal. This value is set to the largest permitted negative value during initialization.

5. The time at which the value maxccVal occurs with respect to the measurement signal, as "0" the temporal location of the local maximum of the correlation signal, is referred to as maxccLoc and set at initialization to "0".

6. For each measurement signal value of the measurement signal which is at the memory location of the first memory 22 denoted by blndex, the comparison signal wWav is used to form the correlation coefficient ccVal over the number wLen of the measurement signal values forming the comparison signal which precede the measurement signal value denoted by blndex, that is, which were recorded before this Meßsignalwert.

7. If ccVal is greater than maxccVal, the value of maxccVal is set to the value of ccVal and the location of the corresponding signal value of the measurement signal is stored as maxccLoc.

8. If the value of ccVal is greater than that of detThr, and if detState is "0" at the same time, detState is set to "1". The detection signal thus has the value "1". This indicates that the signal detection is now active.

9. If the value ccVal is less than zero, and the state of the detection signal, detState is "1", this state detState is set to "2". The state "2" of the detection signal indicates that the measurement signal now fulfills the detection conditions, that is, that a signal feature of interest is detected. In the next step, the location of this feature is determined as accurately as possible. This is done by searching the largest value of ccVal for the following measurement signal values corresponding to the number wLen of the signal values of the comparison signal, which follow the measurement signal value denoted by maxccLoc:

10. If the state of the detection signal is detState 2, the following steps are performed, otherwise return to step 6:

10.1 Use the comparison signal wWav to calculate the correlation coefficient ccVal over the number of measurement signal values corresponding to the number wLen of the signal values of the comparison signal following the measurement signal value denoted by maxccLoc.

10.2 If any of the steps in 10.1 indicates that ccVal exceeds the value of maxccVal, the value of maxccVal is set to the value of ccVal and the location of the corresponding measurement signal value is stored as featureLoc. The final value of featureLoc then represents the most accurate value for the temporal occurrence of a feature to be detected, thus forming a timestamp for that feature as soon as the comparison signal wWav has adapted to the measurement signal structure.

10.3 Subsequently, the localized signal feature and its time stamp are stored for further analysis.

10.4 If a comparison signal adaptation is provided, after the location of a signal characteristic, the adaptation of the comparison signal is carried out as follows:

10.4.1
For a given comparison signal adjustment parameter α <1 in the memory of the comparison signal adjustment unit 40, taking wWav and the localized measurement signal section of length (number of measurement signal values) into account, multiply the signal values of wWav by (1-α) and add the corresponding number of measured signal values at the location featureLoc multiplied by α.

10.4.2
Scale the result so that the new comparison signal wWav has the maximum dynamics set by the measurement signal measuring means such that the sum of the signal values of the comparison signal is zero. Write the thus formed new comparison signal wWav into the second memory 26.

10.4.3
Form a new threshold based on the threshold adjustment parameters β and threshold asymptote γ in the memory of threshold adjuster 34 as follows: multiply the original threshold detThr by (1-β) and add β * γ * maxccVal. Store the new threshold value thus obtained in the threshold memory 36.

10.4.4
If necessary, store the newly formed comparison signal wWav in a memory for further analysis. The adjusted comparison signal contains the exponential weighted statistical information about the last located signal features that may be of interest for some applications.

10.5 Set the memory index blndex to a position that precedes featureLoc by tRef / tSamp storage locations, where tRef is the desired refractory time of the measurement channel, while tSamp is the sampling rate. Here, depending on the choice, as indicated at the outset, certain measured signal values for the calculation of the correlation coefficient can be omitted or the processing can be delayed in order to implement a refractory period. The newly formed memory index blndex, however, should be at least one wLen corresponding number of memory locations before the first memory location of the memory 22 in order to perform the next feature location properly.

10.6 Return to step 3. In the event of a detection loss, a predetermined data recovery strategy may be applied before returning to step 3.

Im folgenden soll nun eine Strategie zur Datenwiedergewinnung beim Detektionsverlust beschrieben werden.The following is a strategy for data recovery in the detection loss to be discribed.

Ein Verlust der Merkmalserkennung kann aus verschiedenen Gründen auch außerhalb einer Klinik beispielsweise bei medizinischen Notfällen vorkommen. Wenn dieser Detektionsverlust für eine bestimmte Zeit anhält, daß heißt wenn eine zeitlang kein Signalmerkmal mehr erkannt wird, so daß auch eine Anpassung des Vergleichssignals und des Detektionsschwellwertes nicht mehr erfolgt, muß eine autonome Strategie vorgesehen werden, um den gewünschten Betrieb wieder herzustellen. Hierzu gibt es verschiedene Möglichkeiten, die gewisse Gemeinsamkeiten aufweisen:

1. setze detThr = iDetThr oder auf einen anderen vorgegebenen kleinen Wert

2. löse eine Vergleichssignalanpassung von Herzzyklus zu Herzzyklus aus oder

3. initialisiere das Vergleichssignal wWav neu

Loss of feature recognition may occur outside of a clinic, for example, in medical emergencies for various reasons. If this detection loss persists for a certain time, that is, if for a while no signal feature is detected any more, so that an adjustment of the comparison signal and the detection threshold no longer occurs, an autonomous strategy must be provided to restore the desired operation. There are various possibilities for this, which have certain similarities:

1. set detThr = iDetThr or to some other small value

2. Trigger a comparison signal adjustment from cardiac cycle to cardiac cycle or

3. Initialize the comparison signal wWav

Ziel von 1, ist es, die Wahrscheinlichkeit einer Merkmalsdetektion in dem betroffenen Kanal zu maximieren. Ziel von 2. ist es, eine schnelle Anpassung des Vergleichssignals an detektierte Signalmerkmale sicherzustellen. Ziel von 3. ist es, ein Vergleichssignal vorzugeben, das für die Detektion einer großen Zahl möglicher Merkmale geeignet ist. Dieses Vergleichssignal kann dem ursprünglichen Vergleichssignal iWav entsprechen, wie es zuvor beschrieben wurde, oder es kann ein spezielles Vergleichssignal für den Fall eines Detektionsverlustes sein.The goal of 1 is to increase the probability of feature detection in the affected one Maximize channel. The goal of 2. is to quickly adapt the comparison signal to ensure detected signal characteristics. The goal of 3. is to enter Specify comparison signal, which is possible for the detection of a large number Characteristics is suitable. This comparison signal may be the original comparison signal iWav, as previously described, or it can be be special comparison signal in the event of a detection loss.

Im folgenden wird nun beschrieben, wie die Vorrichtung die bereits angesprochene Signalanalyse durchführt.In the following it will be described how the device already mentioned Performs signal analysis.

Ein Aspekt der Signalanalyse ist die Analyse der Zeitbeziehungen zwischen linkem und rechtem Atrium oder linkem und rechtem Ventrikel eines Herzens. Dem kann die Vorrichtung auf verschiedene Art und Weise dienen, je nachdem, welcher Art die Datenaufnahme in den verschiedenen Kammern ist. Die folgenden zwei Beispiele sollen dies erläutern.One aspect of signal analysis is the analysis of the time relationships between left ones and right atrium or left and right ventricle of a heart. That can serve the device in various ways, depending on which type the data recording in the different chambers is. The following two examples should explain this.

Wenn zwei separate Kanäle für die beiden Herzkammern zur Verfügung stehen, kann die Überleitungszeit beispielsweise vom rechten zum linken Atrium durch Verarbeitung einer Signalwertfolge geschehen, die sich aus Werten beider Signalaufnehmer zusammensetzt und mit den Signalwerten des rechten Atriums beginnt und mit denen des linken Atriums fortsetzt. Das vorgegebene Vergleichssignal ist bimodal und hat zwei Maximalwerte wie das Beispiel in Figur 5 zeigt. Der zeitliche Abstand dieser beiden Maximalwerte entspricht dem erwarteten Wert für die Überleitungszeit. Für die Berechung der Korrelationskoeffizienten werden zunächst die erste Hälfte der Signalwerte des Vergleichssignals verwendet, die das erste Maximum enthalten und mit denjenigen Meßsignalwerten verrechnet, die vom rechten Atrium stammen. Die zweite Hälfte der Signalwerte des Vergleichsmusters, die dessen zweites Maximum enthalten, werden dann mit Signalwerten verrechnet, die vom linken Atrium stammen. Das Ergebnis ist die Detektion eines künstlichen Merkmals, welches ein bimodales Kompositum aus den zwei Kanälen ist und Ereignisse enthält, die beiden Kammern zugeordnet sind. Die zuvor beschriebene Anpassung des Vergleichsmusters führt dazu, daß dieses zunehmend die duale Struktur des Kompositums widerspiegelt. Jedes Kompositum kann dann hinsichtlich des seitlichen Abstandes von rechts- und linksatrialen Ereignissen analysiert werden. Dies gilt für das Kompositum des Meßsignals. Wenn ein statistischer Mittelwert beispielsweise für die Überleitungszeit gesucht wird, kann anstelle eines Kompositums aus dem rechts- und linksatrialen Meßsignal auch das angepaßte Vergleichssignal analysiert werden. In beiden Fällen umfaßt die Analyse die Identifikation zweier lokaler Maxima und die Bestimmung von deren zeitlichem Abstand. Dieser zeitliche Abstand der lokalen Maxima entspricht der Überleitungszeit.If two separate channels are available for the two ventricles, For example, the transition time can be from right to left atrium Processing of a signal value sequence done, consisting of values of both signal sensor and starts with the signal values of the right atrium and continue with those of the left atrium. The predetermined comparison signal is bimodal and has two maximum values as the example in Figure 5 shows. The temporal The distance between these two maximum values corresponds to the expected value for the Conduction time. For the calculation of the correlation coefficients are first the first half of the signal values of the comparison signal used, which is the first Maximum and charged with those measured signal values, the right atrium. The second half of the signal values of the comparison sample, which contain the second maximum, are then charged with signal values, from the left atrium. The result is the detection of an artificial one Feature, which is a bimodal composite of the two channels and Contains events associated with both chambers. The previously described Adjustment of the comparison pattern causes this increasingly the dual Structure of the composite reflects. Each compound can then be considered the lateral distance of right and left atrial events analyzed become. This applies to the compound of the measurement signal. If a statistical For example, the average value searched for the transition time may be instead of a Compositums from the right and left atrial measurement signal and the adapted Comparative signal to be analyzed. In both cases, the analysis involves identification two local maxima and the determination of their time interval. This time interval of the local maxima corresponds to the transfer time.

Falls für zwei Kammern nur ein Kanal zur Verfügung steht, kann die zuvor beschriebene Strategie nicht angewandt werden. Stattdessen muß jedes detektierte Merkmal des gemeinsamen Kanals analysiert werden, um den Zeitabstand individueller rechts- und linksatrialer Ereignisse zu bestimmen. Wie zuvor beschrieben, kann diese alternativ durch Analyse des Meßsignals oder durch Analyse des Vergleichssignals geschehen. Auch bei diesen Analysen kommt es darauf an, zwei lokale Maxima zu detektieren sowie deren zeitlichen Abstand. Die Analysetechniken können jedoch wegen der Überlagerungseffekte der Signale in einem gemeinsamen Meßkanal komplexer sein.If only one channel is available for two chambers, the previously described Strategy can not be applied. Instead, each must be detected Feature of the common channel to make the time interval more individual to determine right and left atrial events. As previously described, can this alternatively by analysis of the measured signal or by analysis of the comparison signal happen. Also in these analyzes, it depends on two local Maxima to detect and their time interval. The analysis techniques However, because of the superposition effects of the signals in a common Measuring channel to be more complex.

Neben der Bestimmung der Überleitungszeit besteht eine weitere Analyse in der Klassifikation detektierter Merkmale. Dies kann mit Hilfe verschiedener Vergleichssignale geschehen, die jeweils für eine bestimmte Signalklasse charakteristisch sind. Auch hierzu kann die Vergleichssignaldatenbank 42 dienen. Anhang α Anpassungsgrad für die Vergleichssignalanpassung β Anpassungsgrad für die Detektionsschwellwertanpassung γ Anpassungsasymptote für den Detektionsschwellwert bindex Indexzeiger für den ersten Speicher 22 ccVal Wert eines Korrelationskoeffizienten maxccVal maximaler lokaler Korrelationskoeffizient in dem Abschnitt des Korrelationssignals, für den die Bedingungen der Merkmalsdetektion erfüllt sind maxccLoc zeitliche Lokation von maxccVal feature-Loc zeitliche Lokation eines lokalisierten Merkmals detState logischer Zustand des Erkennungssignals detThr Wert des Detektionsschwellwertes iDetThr ursprünglicher, vorgegebener Wert des Detektionsschwellwerts tRef gewünschte Refraktärzeit des Meßkanals tSamp Abtastrate für das Meßsignal wLen Anzahl der Signalwerte des Vergleichssignals wWav angepaßtes Vergleichssignal iWav ursprüngliches, vorgegebenes Vergleichssignal vor der Anpassung In addition to the determination of the transfer time, there is a further analysis in the classification of detected characteristics. This can be done by means of various comparison signals, which are each characteristic of a particular signal class. Again, the comparison signal database 42 can serve. attachment α Adjustment level for the comparison signal adjustment β Adjustment level for detection threshold adjustment γ Adaptation asymptote for the detection threshold BINDEX Index pointer for the first memory 22 ccVal Value of a correlation coefficient maxccVal maximum local correlation coefficient in the portion of the correlation signal for which the conditions of feature detection are met maxccLoc temporal location of maxccVal feature-Loc temporal location of a localized feature detState logical state of the detection signal detThr Value of the detection threshold iDetThr original, predetermined value of the detection threshold tRef desired refractory period of the measuring channel TSAMP Sample rate for the measurement signal wLen Number of signal values of the comparison signal Wwav matched comparison signal iWav original, predetermined comparison signal before adaptation

Claims (14)

1. Apparatus for processing body signals, comprising at least one sensor (10, 12) for picking up, in particular, electrical signals from a living body, means (16, 18) for preparing for further processing picked-up signals, at least one first memory (22) for a picked-up measurement signal or portions thereof, at least one second memory (26), which contains a predeterminable comparison signal that is finite in respect of time, and signal comparing means (24), which are connected to the second memory (26) and the first memory (22) and are configured for sliding comparison of signal portions, which overlap in respect of time, of the measurement signal in the first memory (22) to the comparison signal stored in the second memory (26) and for output of a correlation coefficient representing the similarity of each compared signal portion of the measurement signal to the comparison signal, characterised in that the integral of the comparison signal in relation to time or its sum of the time-discrete signal values is zero.
2. Apparatus according to claim 1, characterised in that the signal comparing means (24) are connected to a logarithm memory (28) that contains tables of logarithms for values of the measurement signal and the comparison signal, the signal comparing means being configured for forming the correlation coeffcients such that they execute multiplication of a value of the comparison signal from the second memory (26) by a corresponding value of the measurement signal from the first memory (22) in such a way that firstly the logarithms of the values to be multiplied themselves or the values respectively closest thereto are read out of the logarithm memory and the two logarithms are then added.
3. Apparatus according to either claim 1 or claim 2, characterised by detection means (30), which are connected to the signal comparison means (24) and are configured for detecting maximum values and/or zero-passages of a signal formed by the correlation coefficients.
4. Apparatus according to any one of claims 1 to 3, characterised by means (32) for comparing threshold values, which are connected to the signal comparing means (24) and a threshold value memory (36) containing a threshold value and are configured for outputting an identification signal as soon as the correlation coefficient output by the signal comparing means (24) exceeds the threshold value.
5. Apparatus according to claim 4, characterised in that the threshold value comparing means (32) are additionally configured such that they output an identification signal when a correlation coefficient for a first signal portion from the first memory (22) exceeds the threshold value and a correlation coefficient for a second signal portion, which is recorded in respect of time after the first signal portion, reaches or is below the value zero.
6. Apparatus according to claim 3 and either claim 4 or claim 5, characterised by locating means (38), which are connected to the threshold value comparing means (32) and the detection means (30) and are configured such that they allocate a location signal to the signal portion of the measurement signal in the first memory (22) in respect of which the signal formed by correlation coefficients has a maximum within the portion of the signal formed by the correlation coefficients for which the threshold value comparing means (32) output an identification signal.
7. Apparatus according to claim 6, characterised by threshold value-forming means (34), which are connected to the threshold value memory (36) and the locating means (38) and are configured such that they form a new threshold value after the occurrence of a location signal in such a way that the correlation coefficient associated with the location signal is involved in weighted fashion in the formation of the new threshold value.
8. Apparatus according to any one of claims 1 to 7, characterised by means for forming a new comparison signal, which are connected to the second memory (26) and are configured such that a measured signal portion, which corresponds to a signal feature to be detected, is transformed to the comparison signal in such a way that its integral in relation to time is zero and the comparison signal thus formed is transferred into the second memory (26).
9. Apparatus according to any one of claims 1 to 8, characterised by comparison signal-adaptation means (40) for adaptation of the comparison signal, which are connected to the first memory (22), the second memory (26) and the locating means (38) and are configured such that they form a new adapted comparison signal when the locating means (38) output a location signal, the adapted comparison signal being formed using the measurement signal portion from the first memory (22) with which the location signal is associated.
10. Apparatus according to claim 9, characterised by comparison signal-adaptation means (40), which are configured such that, for forming the comparison signal valid after adaptation, the comparison signal valid prior to adaptation is weighted with a factor 1-α, while the signal portion in the first memory (22) which has triggered the identification signal by means of the signal comparison means and the locating means is involved with a weighting factor α in the comparison signal which is valid after adaptation.
11. Apparatus according to any one of claims 8 to 10, characterised in that the comparison signal-forming means (40) and/or the comparison signal-adaptation means are configured such that the comparison signal thus formed or adapted is standardised in such a way that the amplitude thereof corresponds to the maximum amplitude of the measurement signal.
12. Apparatus according to any one of claims 1 to 11, characterised by a database (42), which contains a plurality of comparison signals and is connected to the second memory (26) in such a way that comparison signals can be transferred from the database into the second memory (26) and vice versa.
13. Apparatus according to any one of claims 1 to 12, characterised in that it comprises means for analysis of the characterising properties of the preferably adapted comparison signal.
14. Apparatus according to any one of claims 1 to 13, characterised by means (10, 12) for picking up two cardiac signals, one of which is associated with the left ventricle or atrium and the other of which is associated with the right ventricle or atrium, means, connected to these means, for forming a bimodal signal from the two cardiac signals in such a way that the bimodal signal contains a feature of the first signal prior to conduction into the respective other ventricle or atrium and the corresponding feature after conduction thereof, such that the feature is contained in the bimodal signal at an interval in respect of time corresponding to the conduction time, on the one hand in its form prior to conduction and on the other hand in its form after conduction, and in that the second memory contains a bimodal comparison signal which can be adapted to the bimodal signal such that, after adaptation of the bimodal comparison signal to the bimodal comparison signal, the conduction time can be determined by analysis of the comparison signal.

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